Submicron CMOS technologies provide well-established solutions to the implementation of low-noise front-end electronics for a wide range of detector applications. Since commercial CMOS processes maintain a steady trend in device scaling, it is essential to monitor the impact of these technological advances on the noise parameters of the devices. In this paper we present the results of an extensive analysis carried out on CMOS transistors fabricated in 0.35, 0.25 and 0.18 mm technologies from different foundries. This allows us to evaluate the behavior of 1/f and channel thermal noise parameters with different gate oxide thickness and minimum channel length and to give an estimate of their process-to-process spread. The experimental analysis is focused on actual device operating conditions in monolithic detector readout systems. This means that moderate or weak inversion are often the only relevant regions for front-end devices. To account for different detector requirements, the noise behavior of devices with different geometries and input capacitance was investigated. The large set of data gathered from the measurements provides a powerful tool to model noise parameters and establish front-end design criteria in deep submicron CMOS processes.

Survey of noise performances and scaling effects in deep submicrometer CMOS devices from different foundries

RE, Valerio;MANGHISONI, Massimo;TRAVERSI, Gianluca
2005-12-01

Abstract

Submicron CMOS technologies provide well-established solutions to the implementation of low-noise front-end electronics for a wide range of detector applications. Since commercial CMOS processes maintain a steady trend in device scaling, it is essential to monitor the impact of these technological advances on the noise parameters of the devices. In this paper we present the results of an extensive analysis carried out on CMOS transistors fabricated in 0.35, 0.25 and 0.18 mm technologies from different foundries. This allows us to evaluate the behavior of 1/f and channel thermal noise parameters with different gate oxide thickness and minimum channel length and to give an estimate of their process-to-process spread. The experimental analysis is focused on actual device operating conditions in monolithic detector readout systems. This means that moderate or weak inversion are often the only relevant regions for front-end devices. To account for different detector requirements, the noise behavior of devices with different geometries and input capacitance was investigated. The large set of data gathered from the measurements provides a powerful tool to model noise parameters and establish front-end design criteria in deep submicron CMOS processes.
journal article - articolo
dic-2005
Inglese
cartaceo
online
52
6
2733
2740
esperti anonimi
Settore ING-INF/01 - Elettronica
Technological research; Microelectronics; Deep submicron; CMOS; Semiconductor sensors;
L’articolo si colloca nel contesto della ricerca sui dispositivi elettronici nelle tecnologie più avanzate oggi disponibili. Si tratta di dispositivi basati su strati di ossido di silicio di pochi nanometri, e con definizione geometrica dell’ordine di 100 nanometri, che trovano applicazione nei più innovativi sistemi di telecomunicazioni e di elaborazione delle informazioni. Si tratta di settori di ricerca fra i più attivi a livello scientifico internazionale. L’articolo analizza le prestazioni di questi dispositivi in sistemi per l’elaborazione analogica di segnali. Questa tematica è di fondamentale importanza per applicazioni in telecomunicazioni (sistemi wireless) e e nella strumentazione elettronica per misure con sensori in campo medico e industriale.L’articolo affronta in particolare il problema del rumore, che, oltre a coinvolgere aspetti di notevole interesse dal punto di vista della fisica e della tecnologia dei dispositivi, è di fondamentale importanza per l’amplificazione e l’elaborazione di piccoli segnali. L’articolo e’ in particolare mirato ad applicazioni a sensori a semiconduttore per la rivelazione di radiazioni, ed è stato presentato al 2004 IEEE Nuclear Science Symposium a Roma. Si tratta di uno dei congressi più importanti in questo settore. Anche la rivista su cui è stato successivamente pubblicato l’articolo è una delle più prestigiose in questo campo a livello internazionale. impact factor 1.737
Re, Valerio; Manghisoni, Massimo; Ratti, Lodovico; Speziali, Valeria; Traversi, Gianluca
info:eu-repo/semantics/article
reserved
Non definito
5
1.1 Contributi in rivista - Journal contributions::1.1.01 Articoli/Saggi in rivista - Journal Articles/Essays
262
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Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: https://hdl.handle.net/10446/20640
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