短溝道MOSFET散粒噪聲測(cè)試方法研究

變阻器R1和R2均屬于低噪聲線繞電位器，最大阻值均為10 kΩ，分別用于柵源電壓和漏源的調(diào)節(jié)。同時(shí)為了測(cè)試更加準(zhǔn)確，變阻器R1和R2也一并置于液氮裝置內(nèi)，以降低其自身熱噪聲的影響。前置放大器采用美國(guó)EGG普林斯頓應(yīng)用研究公司制造的PARC113型低噪聲前置放大器，放大增益范圍為20～80 dB，測(cè)試帶寬為1～300 kHz，其背景噪聲很低，滿足實(shí)驗(yàn)的測(cè)試要求。
數(shù)據(jù)采集和噪聲分析軟件為“XD3020電子元器件噪聲-可靠性分析系統(tǒng)”軟件，它包含5大功能：噪聲頻譜分析、器件可靠性篩選、噪聲分析診斷、時(shí)頻域子波分析、時(shí)域分析。對(duì)于散粒噪聲分析，主要用到噪聲頻譜分析模塊。
通過(guò)具體測(cè)試對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了驗(yàn)證。設(shè)置柵源電壓為0．1 V，漏源電壓為0．36 V，為了降低低頻1/f噪聲的干擾，提取電流噪聲功率譜299～300 kHz高頻段的平均值。如圖2所示，從圖中可以看出高頻段是白噪聲。在室溫下，被測(cè)器件噪聲幅值為1．2×10-15V2／Hz左右；而77 K時(shí)，在相同偏置條件下測(cè)試了樣品的噪聲，電流噪聲幅值為1．5×10-16V2／Hz左右，對(duì)比室溫和77 K時(shí)樣品噪聲，可以看出噪聲幅值降了一個(gè)數(shù)量級(jí)，通過(guò)計(jì)算可知熱噪聲被減少大約90％，可見(jiàn)77 K時(shí)熱噪聲被明顯抑制。同時(shí)測(cè)量了低溫下系統(tǒng)的背景噪聲，它的噪聲幅值為4×10-17V2／Hz左右，而低溫下樣品的噪聲幅值為1．5×1O-16V2／Hz，因此低溫下系統(tǒng)背景噪聲相對(duì)較小，可以忽略。本測(cè)試系統(tǒng)能滿足低溫下散粒噪聲測(cè)試的要求。

2．2 測(cè)試方案
實(shí)驗(yàn)樣品選用0．18μm工藝nMOSFET器件，溝道寬長(zhǎng)比為20μm／0．6μm，柵氧化層厚度為20 nm，閾值電壓為0．7 V。分別測(cè)試器件在亞閾區(qū)、線性區(qū)和飽和區(qū)的源漏電流散粒噪聲功率譜。具體步驟為，設(shè)置Vgs=0．1 V，使器件處在亞閾值區(qū)，Ids在0．055～1 mA變化，測(cè)試器件在不同溝道電流下的電流噪聲功率譜值；再設(shè)置Vgs=1．2 V，使器件工作在反型區(qū)，測(cè)試Ids在0．055～1．5 mA變化時(shí)線性區(qū)和飽和區(qū)的電流噪聲功率譜值。在功率譜提取時(shí)，取270～300 kHz頻率段電流噪聲功率譜的平均值，這樣既可以去除低頻1／f噪聲對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響，也可以通過(guò)平均值算法使分析的測(cè)試數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確。