АНАЛИЗ ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫХ СВОЙСТВ НАНОМЕТРОВЫХ МОП-ТРАНЗИСТОРОВ В ДИОДНОМ ВКЛЮЧЕНИИ ПРИ СВЕРХНИЗКИХ НАПРЯЖЕНИЯХ
Аннотация
Успехи микроэлектроники, особенно развитие КМОП-технологии, обеспечили возможность создания приборов с чрезвычайно низкой потребляемой мощностью. Это позволило разрабатывать автономные беспроводные приборы, которые обеспечивают с использованием радиоволн не только прием, обработку и передачу информации, но и получение мощности питания от терминалов. Более того, для беспроводного и безбатарейного питания может применяться собирание радиочастот- ной энергии из окружающей среды: энергии излучения станций сотовой связи, радиотелевизионных станций, СВЧ-печей, Wi-Fi, Bluetooth и др. источников. Для преобразования радиочастотной энергии в напряжение питания чаще всего применяются выпрямители на основе нанометровых МОП-транзисторов в диодном включении. Когда устройства с беспроводным питанием находятся далеко от терминала или собирают энергию для питания из окружающей среды, плотность мощно- сти электромагнитного поля и, следовательно, амплитуда входного напряжения может быть весь- ма малой. Поэтому актуальной является задача разработки и исследования таких устройств, спо- собных работать при очень низких входных напряжениях. Целью исследования является анализ вы- прямительных свойств диодов на основе нанометровых МОП-транзисторов в режиме слабой инвер- сии при сверхнизких входных напряжениях и выработка рекомендаций по выбору технологии и про- ектированию микросхем с беспроводным питанием. Получены выражения для оценки коэффициен- тов выпрямления диодов по току и по мощности. Выполнены расчеты по полученным выражениям и моделирование с использованием модели BSIM4v4.8.2 вольтамперных характеристик и зависимостей коэффициентов выпрямления диодов по току и по мощности от напряжения для типовой КМОП-технологии 90 нм. Показана возможность построения выпрямителей на основе МОП- транзисторов при сверхнизких напряжениях вплоть до единиц мВ. Даны рекомендации по обоснова- нию технологических и конструктивных параметров при проектировании модулей преобразования и собирания энергии беспроводных устройств.
