MOS器件1／f噪声理论及应用

本文推出MOS器件1/f噪声理论,可以用于包括强反型亚饱和区及饱和区在内的任何漏压偏置状态,是迄今适用范围最宽的一种理论。利用本理论,可以通过噪声测量确定器件的一些特性参数,从而提出一种不同于传统方法的参数测试新方法。这些研究表明,本理论有很好的实用价值。     

CMOS反相器低频噪声模型及可靠性表征研究

为了表征CMOS反相器的可靠性,从其负载电流和输出电压的特性入手,详细推导了一种基于载流子波动理论的低频噪声模型,并由实验数据验证了模型的准确性.由实验结果可知,负载电流功率谱密度随频率的增加而减小,遵循1/f噪声的变化规律;得到了负载电流归一化噪声功率谱密度与器件尺寸的关系.通过深入研究1/f 噪声与界面态陷阱密度的关系,验证了1/f噪声可用于表征CMOS反相器的可靠性,证明了噪声幅值越大,器件可靠性越差,失效率显著增大,为评价CMOS反相器的靠性提供了一种可行及有效的方法.     

光电耦合器件低频噪声特性与可靠性老化研究

在宽的输入偏置电流范围条件下,开展了光电耦合器件低频噪声特性测试与功率老化和高温老化的可靠性试验研究。结果表明,光电耦合器件的低频噪声主要是内部光敏晶体管1/f噪声,并随输入偏置电流的增大呈现先增大后减小的规律,这与器件的工作状态密切相关。功率老化试验后,高输入偏置电流条件下的低频噪声有所增大,这归因于电应力诱发的有源区缺陷。高温老化试验后,整个器件线性工作区条件下的低频噪声都明显增大,说明温度应力能够更多地激发器件内部的缺陷。相对于1/f噪声幅度参量,低频噪声宽带噪声电压参量可以更灵敏准确地进行器件可靠性表征。     

一种耗尽型短沟道MOS器件阈电压模型

本文研究了耗尽型MOS器件的短沟道效应,把Yau的电荷分配理论推广到耗尽型器件,并作了适当修正。提出一种简单而精确的耗尽型短沟道MOS器件阈电压分析模型,与实验数据吻合良好。该模型可以应用于这类器件及电路的CAD。     

一种新的耗尽型短沟道MOS器件阈电压模型

本文研究了耗尽型MOS器件的短沟道效应,把Yau的电荷分配理论推广到耗尽型器件,并作了适当修正,提出了一种简单而精确的耗尽型短沟道MOS器件阈电压分析模型,与实验数据吻合良好,该模型可以应用于这类器件及电路的CAD。     

I/f噪声源及MOS器件中的1/f噪声

1／f噪声,由于其反映了器件的质量、可靠性等参数,其研究越来越为人们所重视。本文首先较为系统地介绍了1／f噪声源两种较为成熟的理论：载流子数涨落和迁移率涨落模型,最后将研究MOS晶体管中1／f噪声的现象。在n管中,较为成功地用△N模型;而在PMOS晶体管中,△μ模型可较为成功地解释其1／f噪声特性。     

MOSFET1/f噪声相似性的子波鉴别方法

基于傅里叶分析的功率谱密度只能反映1/f噪声的整体频率特性,子波变换模极大值能够反映1/f噪声的奇异性和非规整性,而后者才是1/f噪声最本质的特征所在.本文将这一特性用于MOSFET 1/f噪声的相似性分析.从子波变换模极大值匹配原理出发,定义了一个1/f噪声的相似系数,利用它对不同形成机制、不同微观缺陷状态、不同偏置应力作用下的MOSFET 1/f噪声进行了相似性分析,发现它可作为鉴别1/f噪声的物理起源,分析1/f噪声的微观动力学机制,筛选有潜在缺陷或损伤的MOS器件的有效手段.     

光电耦合器件g-r噪声模型

在宽范围偏置条件下，测量了光电耦合器件的g-r（产生-复合）噪声．实验结果表明，随着偏置电流的增加，g-r噪声逐渐向高频移动，其噪声幅值呈现先增加后减小的变化规律．通过测量前级噪声和后级噪声，发现光电耦合器件g-r噪声来源于后级的光敏三极管．基于载流子数涨落机制，建立了一个光电耦合器件g-r噪声的定量分析模型．实验结果和本文模型符合良好．     

光电耦合器件g-r噪声模型

在宽范围偏置条件下,测量了光电耦合器件的g-r(产生-复合)噪声.实验结果表明,随着偏置电流的增加,g-r噪声逐渐向高频移动,其噪声幅值呈现先增加后减小的变化规律.通过测量前级噪声和后级噪声,发现光电耦合器件g-r噪声来源于后级的光敏三极管.基于载流子数涨落机制,建立了一个光电耦合器件g-r噪声的定量分析模型.实验结果和本文模型符合良好.     

光电耦合器电流传输比的噪声表征

光电耦合器中可俘获载流子的陷阱密度是影响其电流传输比(CTR)的重要因素,并与器件可靠性有密切关系.在器件内部的多种噪声中,1/f噪声可有效地表征器件陷阱密度.本文在研究光电耦合器工作原理以及1/f噪声理论的基础上,建立了光电耦合器的CTR表征模型和1/f噪声模型.在输入电流宽范围变化的条件下,测量了器件的电学噪声和CTR变化,实验结果验证了以上模型的正确性.将CTR模型与噪声模型相结合,得到了CTR与1/f噪声之间的关系.此关系应用于对光电耦合器辐照实验结果的分析,实验结果与理论得到的结论一致.理论与实验结果表明,噪声幅值越大,电流指数越接近于2,则器件的可靠性越差,相同工作条件下CTR的老化衰减量越大,其失效率显著增大.从而证明噪声可表征光电耦合器的CTR并能准确地反映器件的可靠性.     

光电耦合器电流传输比的噪声表征

光电耦合器中可俘获载流子的陷阱密度是影响其电流传输比(CTR)的重要因素,并与器件可靠性有密切关系.在器件内部的多种噪声中,1/f噪声可有效地表征器件陷阱密度.本文在研究光电耦合器工作原理以及1/f噪声理论的基础上,建立了光电耦合器的CTR表征模型和1/f噪声模型.在输入电流宽范围变化的条件下,测量了器件的电学噪声和CTR变化,实验结果验证了以上模型的正确性.将CTR模型与噪声模型相结合,得到了CTR与1/f噪声之间的关系.此关系应用于对光电耦合器辐照实验结果的分析,实验结果与理论得到的结论一致.理论与实验结果表明,噪声幅值越大,电流指数越接近于2,则器件的可靠性越差,相同工作条件下CTR的老化衰减量越大,其失效率显著增大.从而证明噪声可表征光电耦合器的CTR并能准确地反映器件的可靠性.     

基于电荷泵技术的MOS器件界面特性测量方法

随着CMOS工艺的发展,栅介质层厚度不断减薄,导致栅漏电流不断增大,这使传统测量界面态的方法应用受到限制。介绍了采用电荷泵技术用于MOS器件Si/SiO2界面特性研究,分别研究了脉冲频率、反偏置电压、脉冲幅值和占空比对泵电流的影响,对突变曲线做了深入的理论分析,指出了需要严格的选择脉冲频率、幅值、反偏置电压和占空比,才能保证测量的准确性。这些探索为电荷泵技术在MOS器件中的界面电荷测量和电荷泵曲线分析提供实验指导和理论依据。     

低偏置电流下大功率半导体激光器低频电噪声特性

测量了大功率InGaAsP/GaAs量子阱半导体激光器在五十分之一阈值电流下的电压低频噪声功率谱密度.实验结果显示,激光器的低频电噪声呈现1/f噪声,在不同的偏置电流范围内,1/f噪声幅度随电流的变化关系不同,整体上随偏置电流的增大而减小,实验中并未发现g-r噪声.结合低偏置电流时激光器动态电阻的大小,给出了1/f噪声的模型,分析了在低偏置电流下的1/f噪声主要来自有源区和漏电电阻,其幅度的大小及其随偏置电流的变化趋势与激光器的可靠性有密切的关系.     

用于DC／DC转换器的VDMOS器件抗辐照性能与低频噪声研究

通过对用于DC／DC转换器的N型和P型VDMOS器件在^60Coy射线下的辐照实验，研究了不同封装VDMOS器件在不同偏置条件下辐照前后的电参数和低频噪声变化。实验表明：辐照前后该类器件的低频噪声主要表现为1／f噪声，随着辐照剂量的增加，其幅值明显增加，阈值电压发生负向漂移，但前者的变化比后者大1～2个数量级。基于上述实验结果，进一步的理论分析认为：P型VDMOS器件比N型VDMOS器件更适合空间应用。     

电场偏置对MOS器件电离辐射效应的影响

研究了外加电场对MOS器件电离辐射效应的影响.采用10 keV X射线对MOS器件在正/反电场偏置条件下进行总剂量辐射,分析了MOS器件辐射前后阈值电压的漂移量.实验结果表明,正偏情况下MOS器件的阈值电压漂移量远大于反偏情况下MOS器件的阈值电压漂移量.基于一维连续性方程,在考虑电子-空穴对的复合/逃逸率、电子及空穴的捕获横截面与外加电场关系的基础上,模拟了辐射诱生栅氧化层内陷阱电荷与辐射总剂量之间的关系,分析了陷阱电荷对MOS器件阈值电压的影响,仿真结果与实验数据吻合良好.     

电荷以电流积分方式通过MOS晶体管注入CCD中引起的噪声

此文是对在CCD输入端(相当于一个MOs晶体管)由积分噪声电流所引入的噪声电荷进行评价。信号源噪声及输入晶体管的噪声贡献可与CCD的其它噪声区分出来。此外,从我们对于在弱反型和强反型状态中工作的MOS晶体管1/f噪声的测试结果,与先前报导的结果相比取得了很好的一致性。     

硅压阻输出微传感器的1/f噪声

从理论和实验上系统地讨论了压阻输出微传感器的噪声.选用了单晶硅、非晶硅、多晶硅和微晶硅四种材料作为压阻材料,设计了16种不同尺寸的力敏Wheastone电桥,并对器件分别进行了两种不同浓度的掺杂和两种不同条件的退火,共获得256种压阻输出的微传感器.测量所有器件的噪声,并对噪声谱进行理论分析,实验结果表明单晶硅具有最低的1/f噪声和Hooge因子(α)的值,而非晶硅略好于微晶硅和多晶硅.几何尺寸大的力敏电阻具有低的1/f噪声,但α值不受器件尺寸的影响.掺杂浓度增加10倍时,不同器件的1/f噪声降低介于35%-50%之间.相比950℃、10min退火条件,1050℃、30min的高温长时间退火的器件,其1/f噪声降低约65%.     

MOS模拟集成电路的噪声分析和低噪声设计

本文论述了MOS器件的噪声和电路噪声的分析方法,提出了MOS模拟集成电路的低噪声设计原则,对开关电容网络中的1/f噪声和抽样过程所产生的混叠噪声作了较详细的说明,并以MOS运算放大器单元电路,开关电容积分电路为例作了噪声分析与低噪声设计,最后介绍了实验单元电路及其实测结果.     

MOS模拟集成电路的噪声分析和低噪声设计

本文论述了MOS器件的噪声和电路噪声的分析方法,提出了MOS模拟集成电路的低噪声设计原则.对开关电容网络中的1/f噪声和抽样过程所产生的混叠噪声作了较详细的说明,并以MOS运算放大器单元电路、开关电容积分电路为例作了噪声分析与低噪声设计.最后介绍了实验单元电路及其实测结果.     

MOSFET表面1/f噪声的研究

本文从表面载流子数涨落机构出发,对MOSFET的1/f噪声性质作了较全面的理论和实验研究。将MOSFET的表面1/f噪声理论推广到了所有的偏置区,包括沟道均匀区,线性区和饱和区。对MOSFET的等效输入噪声电压的频率特性、偏置特性和几何特性等进行了实验测试,结果表明与理论规律符合良好。