一种新的晶圆级1/f噪声测量方法

　　1. 引言

　　MOSFET在模拟和射频电路中得到了广泛的应用。但是，MOSFET中的低频噪声，尤其是较高频率的1/f噪声，是模拟和射频电路应用中人们关注的重要因素。此外，随着器件特征尺寸的缩小，1/f噪声会大大增加[参考文献1]。因此，在测量1/f噪声时设计一套可靠的、重复性好的、精确的测量方法和系统是非常必要的。

　　过去几年，人们研究出了多种1/f噪声的测量方案和配置。例如，出现在1990年的配置方案[1]。这一配置采用SMU和两个低通滤波器为漏极和栅极提供偏压。通过一个前置放大器和一个动态信号分析仪检测漏极中的噪声。第二种配置与第一种类似，只是采用了电池提供偏压。在第三种解决方案中[2]，采用了多种关键组件，例如低噪声放大器(LNA)、级联二极管和滤波器。但是，这些已有的测量配置只能测量较高频段的噪声(例如高于100Hz)。

　　本文提出了一种新的可靠的晶圆级1/f噪声测量方法和相应的测试架构，能够测量低于100 Hz的低频1/f噪声。

　　2. 噪声模型

　　关于1/f 噪声的起源，人们提出了多种理论阐述，例如Whorter提出的载流子波动理论[*]，基于实验结果的Hooge的迁移率波动理论[*]以及把这两者结合的统一噪声模型[1]。2003年，Wong发表了一篇关于1/f噪声研究和最新进展的综述性论文[2]。

　　尽管Hooge的实验结果在某些时候与模型一致，但是人们通常采用Whorter理论模拟MOSFET的1/f噪声。例如，常用到的模拟软件HSPICE中的噪声模型就是基于Whorter理论的。表1给出了HSPICE中的噪声模型。

　　表1. MOSFET中1/f噪声的HSPICE表示

　　一般而言，漏极电流的噪声频谱可以用下列方程式来描述：

　　新的测量方法和架构的目标是提取方程式中的参数AF和KF。这两个参数可以改变功率谱中的频率提取到。