电子元器件散粒噪声特性及测试方法研究

摘要

随着介观物理和纳米电子学研究的不断深入，人们发现散粒噪声可以表征纳米器件内部结构信息和电子传输特性。宏观电子元器件内部也存在介观或者纳米尺度的结构，故也会产生散粒噪声，并且其散粒噪声也可能携带有关内部信息。这使人们对宏观电子元器件中散粒噪声研究产生了很大的兴趣。另一方面，随着器件尺寸的不断缩小，器件中噪声也越来越显著，严重影响器件以及电路的性能，这促使人们深入研究器件中散粒噪声的产生机理和特性，抑制器件中的噪声，实现器件和电路的低噪声化。 对于短沟道MOSFET器件，散粒噪声可分为来源于载流子随机通过源极附近势垒引起的沟道散粒噪声和栅隧穿电流引起的栅散粒噪声；二极管中由于自身势垒的存在，必然也会引起散粒噪声的产生；在电阻器中，只要其电阻率或尺寸满足一定的条件，就能发现散粒噪声的存在。本文详细介绍了几种典型电子元器件中散粒噪声的产生机理和噪声特性，并用借用扩散-漂移模型解释了散粒噪声的产生机理。近年来，散粒噪声越来越广泛地应用于电子所受作用机制与可靠性的无损表征。本文指出器件中散粒噪声和内部缺陷是相关的，并预测了散粒噪声在器件可靠性表征中的应用。 影响散粒噪声测试的主要因素包括：外界电磁干扰、低频1/f噪声、热噪声以及测试系统背景噪声等。针对以上影响因素，本文提出了一种低温散粒噪声测试方法并建立了相应的测试系统。在电磁屏蔽环境下，将被测器件置于低温屏蔽装置内，有效抑制了外界电磁波和热噪声的干扰；采用低噪声前置放大器使整个系统的背景噪声充分降低；通过提取噪声功率谱高频部分进行噪声分析，有效去除了低频1/f噪声的干扰。应用本测试系统测试短沟道MOSFET和二极管散粒噪声，得到了较好的测试结果。 本文在电子元器件散粒噪声特性及机理研究的基础上，指出散粒噪声与器件内部缺陷是相关的，并提出器件散粒噪声测试方法，建立测试系统，实现对电子元器件散粒噪声的测试。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究背景

1.2全文内容安排

第二章散粒噪声特性

2.1散粒噪声研究历史与分类

2.2散粒噪声的频域特性

2.3散粒噪声的时域特性及影响因素

第三章 电子元器件散粒噪声产生机理与模型

3.1电子元器件散粒噪声产生机理

3.1.1短沟道MOSFET散粒噪声

3.1.2二极管散粒噪声

3.1.3电阻器散粒噪声

3.1.4其他器件中的散粒噪声

3.2散粒噪声扩散-漂移模型

3.3散粒噪声在器件可靠性表征中的应用探索

3.4小结

第四章散粒噪声测试方法

4.1噪声测试方法与仪器

4.1.1基于超导量子干涉器件的噪声测试方法

4.1.2双通道噪声测试技术

4.1.3传统的噪声测试方法

4.2散粒噪声测试系统设计

4.2.1测试系统设计

4.2.2散粒噪声测试规范

4.2.3噪声测试注意事项

4.3散粒噪声测试系统验证

4.3.1测试系统热噪声抑制验证

4.3.2测试系统背景噪声验证

4.3.3低频噪声干扰去除验证

4.4短沟道MOSFET散粒噪声测试

4.4.1实验方案设计

4.4.2测试数据及分析

4.5肖特基二极管散粒噪声测试

4.5.1实验方案设计

4.5.2测试数据及分析

4.6小结

第五章结论与展望

5.1主要研究工作及结论

5.2展望

致谢

参考文献

在研期间成果