高阻器件低频噪声测试技术与应用研究--高阻器件噪声测试技术

第三章高阻器件噪声测试技术

3.1高阻样品噪声测试问题分析

研究者们发现当噪声的研究扩大至诸如电容器，MOS器件栅氧化层，高阻值电阻器之类的高阻器件或高阻材料范围时，传统的噪声测试技术不再行之有效，出现了诸多新的技术问题和挑战。

（1）高源阻抗使电压噪声信号衰减

传统测试电压噪声的测试方法无法使信号充分放大。在放大器输入阻抗固定的情况下，过大的测试样品阻值会导致微弱的噪声信号不能充分放大，影响信号提取。具体说明见下图；

r为信号源阻抗，R为放大器输入阻抗，通常这个数值在数十MΩ到数百MΩ甚至上GΩ，E为噪声信号。根据欧姆定律可知，当r值不大，即所测样品为中阻样品时，噪声信号电压几乎全部落在放大器输入阻抗上，信号无衰减的被放大器捕获。但当r的大小达到和R可比拟的范围或甚至比R大的范围时，落在R上的信号电压就会变为E的几分之一甚至是百分之一。由于噪声信号电压本来就是微弱信号，其值的几分之一甚至是百分之一就会变得更加微弱，甚至达到与背景噪声可比拟的量级，再加上数据采集卡的精度有限，这就会影响到后期信号模数转换时的信号提取精度。

（2）高偏置电压条件会降低耦合电容寿命甚至使耦合电容击穿

当器件阻值过高时，若采用传统测电压噪声的方法，可能需要在器件两端加较大的直流偏置电压，以激发出明显而可测的低频噪声。这样就会在测试条件上产生如下两个限制：首先，放大器采集信号时无法使用直流耦合，这样就会导致无法测到非常低频的信号；其次，即便采用交流耦合方式，耦合电容上承受的压降过高，有可能会超过电容的额定电压，击穿电容；承受过高的电压也会影响耦合电容的寿命。

（3）电流噪声信号带宽过窄国外针对MOS栅氧化层漏电流噪声的测试电路如图3.2所示。该方法通过在栅氧化层上施加一定偏置电压测电流噪声。

图3.2中下部的bias stage是一个典型的有源滤波器，用来滤除来自直流源的交流干扰，保证测试结果中只包含测试样品的噪声信号。图3.2上部的DUT是待测样品。基于TLC070的放大电路被搭建成跨阻放大器的模式，将栅漏电流信号转变为成比例的电压信号。

图3.2中的测试方法存在信号通频带过窄的问题。由于同样偏压下高阻器件的电流噪声会非常微弱，因而放大倍数通常设置的很大，在放大器带宽增益积一定的情况下就导致了带宽较低，从图3.3中的SR570的带宽和增益的关系图中就可以看出这一点。

（4）电容漏电流噪声高频被衰减

已有针对电容的测试技术的原理图如图3.4所示：