薄膜电阻器件低频噪声测量与可靠性研究

摘要

电路系统正向高度集成化方向发展，无源器件中只有电阻器可以比较容易的集成于微电路内部，且大多数以薄膜形式存在。工程师们在进行可靠性设计时通常只将注意力集中于微电路的核心有源器件部位，然而，电子系统的可靠性取决于可靠性最弱的部分，薄膜电阻就属于该部分。器件或电路内部的噪声(特别是低频噪声)是制约器件灵敏度和检测精度的一个关键指标，同时也是表征器件质量和可靠性的一个重要的敏感参数，对电子器件内部噪声的检测与分析是关键元器件可靠性保障的一个有效手段，薄膜电路的可靠性指标与其低频噪声特性有密切关系，使用噪声测试方法能够对器件本身可靠性指标做出一定评价，还可以对生产工艺水平做出正确评估，本文完成以下工作： 1．在总结常规电阻器件低频噪声测试方法的前提下，针对低阻器件的噪声测量进行深入研究，给出了阻抗匹配的原则并提出使用低输入阻抗放大器进行噪声测量的方案； 2．针对裸片薄膜电阻的噪声测量引入了探针台测试方法，研究了使用探针台时的电路连接方式及注意事项并探讨了接触噪声对测试结果的影响； 3．针对噪声信号极其微弱的特殊情况，采用了信号多级放大的思路，明确给出了信号多级放大过程中信号强度与放大器本底噪声之间的关系及放大器之间的匹配关系； 4．针对特殊对称电阻样品，可以使用锁相放大器对微弱噪声信号进行放大，该方法可有效避免放大器本底噪声对信号的影响； 5．结合典型镍铬薄膜生产工艺，在老化试验前后分别进行噪声测量，总结了该批器件的长期噪声特征，明确了噪声中个组成成分的工艺来源； 6．结合显微观察，发现电迁移是薄膜器件质量劣化的主要原因，噪声数据与电迁移损伤的程度异常敏感，可以作为有效的指示参量； 7．对薄膜电阻器的工艺结构深入分析，明确了电迁移发生的位置，电流密度异常变大是产生物质迁移的根本原因，给出了减少电迁移损伤的工艺方法； 8．发生损伤的器件低频噪声呈明显的非稳态特征，利用噪声成份个参量值的异常变化(斜率特征)能够有效的表征器件可靠性指标。

目录

文摘

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第一章绪论

第二章薄膜电阻器工艺

第三章噪声理论及电阻器的常规噪声测试方法

第四章针对低阻薄膜电阻器的噪声测试方法

4.1阻抗匹配的重要性

4.2信号充分放大的重要性

4.2.1一级放大系统

4.2.2二级放大系统

4.2.3数据采集卡的模数转换(ADC)过程

4.2.4放大器本底噪声测试

4.3如何识别噪声信号的正确性

4.4锁相放大器应用于超低噪声信号测试

4.4.1锁相放大器用于接触电阻测试

4.4.2锁相放大器用于电阻器件低频噪声测试

4.5针对薄膜裸片的探针台测试方法

4.5.1探针接触噪声研究

4.5.2电源的要求

4.5.3四探针法的正确使用

第五章薄膜电阻器的低频噪声特性

5.1镍铬薄膜电阻器的白噪声

5.2镍铬薄膜电阻器的低频有色噪声

第六章l/f噪声用于薄膜电阻可靠性表征

6.1器件结构与电迁移

6.2 l/f噪声与可靠性表征

第七章结束语

参考文献

致 谢

在学期间研究成果