高阻器件低頻噪聲測試技術(shù)與應(yīng)用研究--高阻器件噪聲測試技術(shù)

第三章高阻器件噪聲測試技術(shù)

3.1高阻樣品噪聲測試問題分析

研究者們發(fā)現(xiàn)當(dāng)噪聲的研究擴(kuò)大至諸如電容器，MOS器件柵氧化層，高阻值電阻器之類的高阻器件或高阻材料范圍時(shí)，傳統(tǒng)的噪聲測試技術(shù)不再行之有效，出現(xiàn)了諸多新的技術(shù)問題和挑戰(zhàn)。

（1）高源阻抗使電壓噪聲信號衰減

傳統(tǒng)測試電壓噪聲的測試方法無法使信號充分放大。在放大器輸入阻抗固定的情況下，過大的測試樣品阻值會導(dǎo)致微弱的噪聲信號不能充分放大，影響信號提取。具體說明見下圖；

r為信號源阻抗，R為放大器輸入阻抗，通常這個(gè)數(shù)值在數(shù)十MΩ到數(shù)百M(fèi)Ω甚至上GΩ，E為噪聲信號。根據(jù)歐姆定律可知，當(dāng)r值不大，即所測樣品為中阻樣品時(shí)，噪聲信號電壓幾乎全部落在放大器輸入阻抗上，信號無衰減的被放大器捕獲。但當(dāng)r的大小達(dá)到和R可比擬的范圍或甚至比R大的范圍時(shí)，落在R上的信號電壓就會變?yōu)镋的幾分之一甚至是百分之一。由于噪聲信號電壓本來就是微弱信號，其值的幾分之一甚至是百分之一就會變得更加微弱，甚至達(dá)到與背景噪聲可比擬的量級，再加上數(shù)據(jù)采集卡的精度有限，這就會影響到后期信號模數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)的信號提取精度。

（2）高偏置電壓條件會降低耦合電容壽命甚至使耦合電容擊穿

當(dāng)器件阻值過高時(shí)，若采用傳統(tǒng)測電壓噪聲的方法，可能需要在器件兩端加較大的直流偏置電壓，以激發(fā)出明顯而可測的低頻噪聲。這樣就會在測試條件上產(chǎn)生如下兩個(gè)限制：首先，放大器采集信號時(shí)無法使用直流耦合，這樣就會導(dǎo)致無法測到非常低頻的信號；其次，即便采用交流耦合方式，耦合電容上承受的壓降過高，有可能會超過電容的額定電壓，擊穿電容；承受過高的電壓也會影響耦合電容的壽命。

（3）電流噪聲信號帶寬過窄國外針對MOS柵氧化層漏電流噪聲的測試電路如圖3.2所示。該方法通過在柵氧化層上施加一定偏置電壓測電流噪聲。

圖3.2中下部的bias stage是一個(gè)典型的有源濾波器，用來濾除來自直流源的交流干擾，保證測試結(jié)果中只包含測試樣品的噪聲信號。圖3.2上部的DUT是待測樣品?；赥LC070的放大電路被搭建成跨阻放大器的模式，將柵漏電流信號轉(zhuǎn)變?yōu)槌杀壤碾妷盒盘枴?BR>
圖3.2中的測試方法存在信號通頻帶過窄的問題。由于同樣偏壓下高阻器件的電流噪聲會非常微弱，因而放大倍數(shù)通常設(shè)置的很大，在放大器帶寬增益積一定的情況下就導(dǎo)致了帶寬較低，從圖3.3中的SR570的帶寬和增益的關(guān)系圖中就可以看出這一點(diǎn)。

（4）電容漏電流噪聲高頻被衰減

已有針對電容的測試技術(shù)的原理圖如圖3.4所示：

流過待測電容C 1的噪聲漏電流會在R1上產(chǎn)生一個(gè)噪聲電壓壓降，放大器測試的是R1上的噪聲電壓信號。R1選用大阻值繞線電阻，但相對于放大器，R1相當(dāng)于低源阻抗，這樣信號就不會被衰減，而且由于R1被認(rèn)為是無噪聲的，這樣來自R 1的噪聲信號就是C 1的噪聲信號。