一種新的晶圓級1/f噪聲測量方法

　　1. 引言

　　MOSFET在模擬和射頻電路中得到了廣泛的應(yīng)用。但是，MOSFET中的低頻噪聲，尤其是較高頻率的1/f噪聲，是模擬和射頻電路應(yīng)用中人們關(guān)注的重要因素。此外，隨著器件特征尺寸的縮小，1/f噪聲會大大增加[參考文獻1]。因此，在測量1/f噪聲時設(shè)計一套可靠的、重復(fù)性好的、精確的測量方法和系統(tǒng)是非常必要的。

　　過去幾年，人們研究出了多種1/f噪聲的測量方案和配置。例如，出現(xiàn)在1990年的配置方案[1]。這一配置采用SMU和兩個低通濾波器為漏極和柵極提供偏壓。通過一個前置放大器和一個動態(tài)信號分析儀檢測漏極中的噪聲。第二種配置與第一種類似，只是采用了電池提供偏壓。在第三種解決方案中[2]，采用了多種關(guān)鍵組件，例如低噪聲放大器(LNA)、級聯(lián)二極管和濾波器。但是，這些已有的測量配置只能測量較高頻段的噪聲(例如高于100Hz)。

　　本文提出了一種新的可靠的晶圓級1/f噪聲測量方法和相應(yīng)的測試架構(gòu)，能夠測量低于100 Hz的低頻1/f噪聲。

　　2. 噪聲模型

　　關(guān)于1/f 噪聲的起源，人們提出了多種理論闡述，例如Whorter提出的載流子波動理論[*]，基于實驗結(jié)果的Hooge的遷移率波動理論[*]以及把這兩者結(jié)合的統(tǒng)一噪聲模型[1]。2003年，Wong發(fā)表了一篇關(guān)于1/f噪聲研究和最新進展的綜述性論文[2]。

　　盡管Hooge的實驗結(jié)果在某些時候與模型一致，但是人們通常采用Whorter理論模擬MOSFET的1/f噪聲。例如，常用到的模擬軟件HSPICE中的噪聲模型就是基于Whorter理論的。表1給出了HSPICE中的噪聲模型。

　　表1. MOSFET中1/f噪聲的HSPICE表示

　　一般而言，漏極電流的噪聲頻譜可以用下列方程式來描述：

　　新的測量方法和架構(gòu)的目標是提取方程式中的參數(shù)AF和KF。這兩個參數(shù)可以改變功率譜中的頻率提取到。