一种新的晶圆级1/f噪声测量方法

2011-09-20 16:13:22来源: 互联网
1. 引言
MOSFET在模拟和射频电路中得到了广泛的应用。但是,MOSFET中的低频噪声,尤其是较高频率的1/f噪声,是模拟和射频电路应用中人们关注的重要因素。此外,随着器件特征尺寸的缩小,1/f噪声会大大增加[参考文献1]。因此,在测量1/f噪声时设计一套可靠的、重复性好的、精确的测量方法和系统是非常必要的。
过去几年,人们研究出了多种1/f噪声的测量方案和配置。例如,出现在1990年的配置方案[1]。这一配置采用SMU和两个低通滤波器为漏极和栅极提供偏压。通过一个前置放大器和一个动态信号分析仪检测漏极中的噪声。第二种配置与第一种类似,只是采用了电池提供偏压。在第三种解决方案中[2],采用了多种关键组件,例如低噪声放大器(LNA)、级联二极管和滤波器。但是,这些已有的测量配置只能测量较高频段的噪声(例如高于100Hz)。
本文提出了一种新的可靠的晶圆级1/f噪声测量方法和相应的测试架构,能够测量低于100 Hz的低频1/f噪声。
1. 噪声模型
关于1/f 噪声的起源,人们提出了多种理论阐述,例如Whorter提出的载流子波动理论[*],基于实验结果的Hooge的迁移率波动理论[*]以及把这两者结合的统一噪声模型[1]。2003年,Wong发表了一篇关于1/f噪声研究和最新进展的综述性论文[2]。
尽管Hooge的实验结果在某些时候与模型一致,但是人们通常采用Whorter理论模拟MOSFET的1/f噪声。例如,常用到的模拟软件HSPICE中的噪声模型就是基于Whorter理论的。表1给出了HSPICE中的噪声模型。
表1. MOSFET中1/f噪声的HSPICE表示
 NLEV=0 NLEV=1 NLEV=2
噪声模型  
 
 

(1)
根据这一方程,可以推导出一个固定频率下的对数线性方程:
 
(2)
新的测量方法和架构的目标是提取方程式中的参数AF和KF。

这两个参数可以改变功率谱中的频 率提取到。

3. 测量架构
a) 噪声测量配置
噪声测量配置是由吉时利的系列测量仪器构成的,包括半导体特征分析系统KI4200-SCS、可编程低电流放大器KI428-PROG和低通滤波器,以及吉时利的ACS(自动特征分析套件)软件。在构建这一配置时,特别注意要最大限度地减少外界电磁噪声。

测试配置的原理图如图1所示,其中虚线表示ACS控制流,实线表示数据流。

[1] [2] [3]

关键字:噪声测量  晶圆级

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2011/0920/article_3496.html
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