電子器件會有不同類型的噪聲源,包括熱噪聲、白噪聲和1/f噪聲。1/f噪聲是低頻電子噪聲,其電流(ISD)或功率(PSD)頻譜密度與頻率成反比,見下圖典型噪聲譜,前面是1/f噪聲,大小和頻率相反,后面是白噪聲,均勻分布。由于1/f噪聲反映了器件的質(zhì)量、可靠性等參數(shù) , 其研究越來越為人們所重視。
1/f噪聲測試
為確定器件的1/f噪聲,我們通常要測量電流相對于時(shí)間的關(guān)系,然后通過快速傅立葉變換(FFT)把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到頻域。為保證準(zhǔn)確性,儀器本身噪聲必須小于DUT噪聲,所以測試方案推薦使用能測試極小電流的4200A-SCS。
源測量單元(SMU)和脈沖測量單元(PMU)是泰克4200A-SCS的兩個(gè)模塊,其在時(shí)域中測量及提供電流和電壓。SMU和PMU以恒定速率獲得測量數(shù)據(jù),使用Clarius軟件內(nèi)置的FFT功能將時(shí)域電流數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成頻域中的參數(shù),完成1/f噪聲測試。4200A-SCS擁有完整的測試庫,可以方便地進(jìn)行1/f噪聲測試。
1/f噪聲的最低頻率由測試總時(shí)間決定,Bwmin=1/T, 這里T是測試總時(shí)間,比如T是100秒,則測試的最小頻率是10m Hz;1/f 噪聲的最高頻率由采樣率決定,BWmax=1/dt,這里dt是指采樣間隔時(shí)間,1/f噪聲測試要求測試采樣間隔時(shí)間是固定的,比如采樣率是1024S/s,則測試的最大頻率是512Hz。
4200A的SMU和PMU都可以用于1/f噪聲測試,SMU噪聲要比PMU小,但SMU的電流測量速度要比PMU慢,因此最高測試頻率SMU可以到80Hz以上,但PMU可以達(dá)到1KHz以上。所以實(shí)際測試時(shí),要根據(jù)測試精度和最高測試頻率來決定使用SMU還是PMU進(jìn)行測試,也可利用SMU和PMU各自的優(yōu)點(diǎn)組合使用。
我們可以根據(jù)DUT的情況選擇兩端口或三端口測試,也可以根據(jù)測試的精度和測試頻率范圍,選擇使用SMU還是PMU,甚至兩者的組合進(jìn)行測試;以SMU為例,SMU1連接到柵極,給柵極加電壓,SMU2連接到漏極,給漏極加電壓,測量漏極電流:
1/f噪聲測試項(xiàng)目及方案
4200A集成了多個(gè)Test,只需要進(jìn)行簡單參數(shù)修改即可直接使用;使用SMU可以在Clarius軟件里搜索“smu-isd”,使用PMU可以直接在軟件里搜索“pmu-isd”,三端口測試可以在軟件里搜索“mosfet-isd”;為方便使用,可以將兩端口、三端口,以及SMU、PMU各種測試Test集合組成一個(gè)Project,根據(jù)不同測試精度和測試頻率選擇使用。
搭建1/f噪聲測試方案如下
- 4200A主機(jī)及Clarius軟件
- 兩個(gè)SMU+兩個(gè)4200-PA
- (可選)一個(gè)PMU+兩個(gè)RPM
泰克方案優(yōu)勢
- 10fA小電流測試能力
- Clarius軟件自帶isd test,操作方便
- 不同模塊組合測試1/f噪聲,優(yōu)化速度與精度