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用中人們關(guān)注的重要因素。此外，隨著(zhù)器件特征尺寸的縮小，1/f噪聲會(huì )大大增加[參考文獻1]。因此，在測量1/f噪聲時(shí)設計一套可靠的、重復性好的、精確的測量方法和系統是非常必要的。

　　過(guò)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，出現在1990年的配置方案[1]。這一配置采用SMU和兩個(gè)低通濾波器為漏極和柵極提供偏壓。通過(guò)一個(gè)前置放大器和一個(gè)動(dòng)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(lèi)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的測試架構，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(dòng)理論[*]，基于實(shí)驗結果的Hooge的遷移率波動(dòng)理論[*]以及把這兩者結合的統一噪聲模型[1]。2003年，Wong發(fā)表了一篇關(guān)于1/f噪聲研究和最新進(jìn)展的綜述性論文[2]。

　　盡管Hooge的實(shí)驗結果在某些時(shí)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(lái)描述：

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