專利名稱：電子材料與器件散粒噪聲測試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子測試測量技術(shù)領(lǐng)域，涉及散粒噪聲測試方法，用于對電子材料、元 器件、半導(dǎo)體集成電路、量子效應(yīng)器件、介觀電子器件及納米結(jié)構(gòu)與器件的散粒噪聲測試。
背景技術(shù)：
1. 電子材料及器件散粒噪聲
隨著電子器件朝著高性能、小尺寸和長壽命方向發(fā)展，傳統(tǒng)的壽命試驗(yàn)可靠性評價(jià) 方法的局限性日益顯著。近年來大量的研究結(jié)果表明，噪聲是導(dǎo)致大多數(shù)電子器件失效 的各種潛在缺陷的敏感反映，噪聲檢測方法以其靈敏、普適、快速和非破壞性的突出優(yōu) 點(diǎn)，正在發(fā)展成為一種新型的電子器件可靠性表征工具。噪聲測試成為電子科學(xué)和技術(shù) 中重要的研究領(lǐng)域。
從噪聲的功率譜密度特征看，電子器件的噪聲通常包括白噪聲，1/f噪聲和g-r噪
聲三種分量，艮口
+ 4 + (1) / 1 + (+)
其中，A為白噪聲幅度，B為l/f噪聲的幅度，Y為頻率指數(shù)因子，C為g-r噪聲的 幅度、f。和a分別為g-r噪聲轉(zhuǎn)折頻率和指數(shù)因子。1/f噪聲及g-r噪聲主要是由器件 處于偏置時(shí)內(nèi)部缺陷引起的，而白噪聲主要由兩部分組成(1)載流子隨機(jī)熱運(yùn)動(dòng)而在 器件或電路兩端產(chǎn)生的電壓漲落，這種電壓漲落不會(huì)因偏置條件改變而變化，僅是溫度 的函數(shù)，即為通常所說的熱噪聲。(2)器件或電路中電子離散性的表現(xiàn)，故稱為散粒噪 聲，也稱量子噪聲。由于電子電量值很小，因而散粒噪聲僅在特定條件下才得以表現(xiàn)。 熱噪聲及散粒噪聲的頻譜均屬于白噪聲特性，因而其幅值都包含在A中。為了抑制 和應(yīng)用電噪聲，必須檢測和分析各種噪聲。
2. 散粒噪聲的應(yīng)用
與1/f噪聲和g-r噪聲相同，散粒噪聲也可用于電子作用機(jī)制與可靠性的無損表征研 究。比如MOS電容的散粒噪聲在SILCs (Stressed-induced leakage currents)效應(yīng)前后發(fā)生了幅值變化；超薄柵氧化層隧穿電流出現(xiàn)的超散粒噪聲，是由于氧化層陷阱的存在引 入了區(qū)域勢阱，它與共振隧穿器件的超散粒噪聲具有相同的起源。近年來，隨著納米科 技的發(fā)展，在介觀系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)中，人們發(fā)現(xiàn)散粒噪聲在量子信息表征方面具有重要應(yīng)用 潛力和前景。與電導(dǎo)相比，散粒噪聲能夠提供更多的介觀輸運(yùn)與量子效應(yīng)信息。通過一 些較為簡單的實(shí)驗(yàn)，國外學(xué)者利用散粒噪聲提取納米器件和結(jié)構(gòu)中的量子效應(yīng)信息，比 如，利用散粒噪聲探測開放通道、測量準(zhǔn)粒子電荷、辨別量子腔體中的波動(dòng)性與粒子性 等。其中，準(zhǔn)粒子電荷測量證實(shí)了超導(dǎo)體中的有效傳導(dǎo)電荷的確是庫泊電子對。此外， 有關(guān)散粒噪聲應(yīng)用的諸多獨(dú)創(chuàng)性構(gòu)思也紛紛出現(xiàn)，比如，探測電子的糾纏態(tài)、注入彈道 導(dǎo)體電子的能量分布以及自旋極化與相干。
以上的應(yīng)用對散粒噪聲測試技術(shù)提出了更多的要求。散粒噪聲測量技術(shù)的進(jìn)步和標(biāo) 準(zhǔn)化有利于這些應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)，這些應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)將會(huì)推動(dòng)量子效應(yīng)表征、量子計(jì)算、量子 通信以及自旋電子學(xué)的發(fā)展。此外，散粒噪聲的測試技術(shù)將給全計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)學(xué)提供電子介 觀輸運(yùn)的研究內(nèi)容，將全計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)學(xué)應(yīng)用于散粒噪聲時(shí)間序列分析將會(huì)得到更多的量子 效應(yīng)信息，從而促進(jìn)量子效應(yīng)表征技術(shù)的進(jìn)步。
3.現(xiàn)有散粒噪聲測試方法
目前還沒有專門針對散粒噪聲測試的技術(shù)，現(xiàn)行測試方法主要是采用通用儀器搭 建。其主要部分包括液氮或液氦杜瓦瓶、常規(guī)放大器、頻譜分析儀和數(shù)字示波器等。 由裝有液氮或液氦的杜瓦瓶為被測器件提供低溫環(huán)境，將被測樣品的噪聲通過常規(guī)放大 器進(jìn)行放大，分別使用數(shù)字示波器和頻譜分析儀分析噪聲時(shí)間序列和頻譜，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見 圖1。
現(xiàn)行這種測試方法存在諸多問題
(1) 通常的液氮杜瓦裝置主要是應(yīng)用于生物、醫(yī)學(xué)等方面，還沒有專門針對電子 材料和器件的樣品室。使用通常的液氮杜瓦裝置存在諸多不足，首先，不能較好地去除 外界電磁干擾；其次不能確保溫度的穩(wěn)定性及溫度測試的準(zhǔn)確性，同時(shí)也不便于樣品的 安裝放置。
(2) 常規(guī)放大器的噪聲、帶寬及增益指標(biāo)往往不能達(dá)到散粒噪聲測試的要求。比 如，典型的常規(guī)放大器噪聲指標(biāo)為10"F/V^(gl^fe，帶寬指標(biāo)為lM/fe，增益在lx106
以內(nèi)。放大器帶寬越大其增益越小，如射頻放大器帶寬可達(dá)上GHz，但其增益只有幾十 甚至幾倍，同時(shí)噪聲指標(biāo)隨增益增大也有所惡化。由散粒噪聲的特性可知，散粒噪聲具 有噪聲功率譜密度小且頻率范圍寬等特點(diǎn)，噪聲功率譜密度約在幾wF/V^數(shù)量級。這就要求放大器必須具有更低的噪聲，更高帶寬和增益，所以只使用常規(guī)放大器并不適合 散粒噪聲的測試。
(3)數(shù)字頻譜分析儀和數(shù)字示波器測試精度較低，功能有限且費(fèi)用昂貴。若要完 全滿足各類器件和電路的散粒噪聲測試要求，則需要更大帶寬的此類儀器，這將進(jìn)一步 增加測試費(fèi)用，并且此類儀器功能單一，適用性和可升級性差。目前，噪聲測試技術(shù)處 在不斷的發(fā)展之中，系統(tǒng)的不斷升級換代是不可避免的，而采用這種方式時(shí)，系統(tǒng)的功 能擴(kuò)展往往受到系統(tǒng)硬件的限制，二次自主開發(fā)能力差。
基于上述原因可以看出通用噪聲測試方法應(yīng)用于散粒噪聲測試的系統(tǒng)搭建費(fèi)用 高，費(fèi)效比低，可維護(hù)性差，不能滿足散粒噪聲測試的準(zhǔn)確性、可靠性和有效性要求。 同時(shí)現(xiàn)行測試方法沒有科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)囊?guī)范，測量得到的散粒噪聲混有其他噪聲成分，因此 如何準(zhǔn)確測量和提取散粒噪聲成為該領(lǐng)域一個(gè)瓶頸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有方法的不足，提出一種電子材料與器件散粒噪聲測 試方法，以滿足散粒噪聲測試的準(zhǔn)確性、可靠性和有效性要求。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是，搭建測試系統(tǒng)，并用該測試系統(tǒng)進(jìn)行散粒噪聲的測 量。其中，測試系統(tǒng)包括低溫裝置、放大系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)，放大系統(tǒng)的輸 入輸出分別與低溫裝置和數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)相連接，其特征在于，低溫裝置采用液氮 或液氦裝置；放大系統(tǒng)采用專用的低噪聲前置放大器和通用放大器構(gòu)成的兩級放大結(jié) 構(gòu)；數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)釆集卡及專用散粒噪聲測試分析軟件。
所述的測試的系統(tǒng)，其中低溫裝置內(nèi)裝有屏蔽樣品室，樣品室于低溫裝置外殼構(gòu)成 雙層屏蔽結(jié)構(gòu)，以進(jìn)一步抑制外部噪聲干擾。
本發(fā)明的測試方法，包括如下步驟-
(1) 測試系統(tǒng)背景噪聲和被測樣品的電導(dǎo)值，通過熱噪聲與散粒噪聲公式聯(lián)立求 解，確定被測樣品的最小電流I和最高溫度'T;
(2) 將被測樣品放置于低溫裝置內(nèi)的屏蔽環(huán)境下，根據(jù)所確定的最小電流和最高 溫度，設(shè)置被測樣品的工作電流/'0)及測試溫度r',選取低溫裝置，"=1,2，3...;
(3) 根據(jù)設(shè)置的樣品工作電流/'(")，測試溫度r'及低溫裝置對被測樣品噪聲特性
進(jìn)行初步測試，得到噪聲功率譜密度S(/);
(4) 根據(jù)電子器件噪聲功率譜密度公式，計(jì)算l/f噪聲轉(zhuǎn)折頻率/e，分別設(shè)置低 噪聲放大器的頻率帶寬和增益，以及數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)的采樣頻率和采樣點(diǎn)數(shù)，使數(shù)據(jù)采集卡能夠采集到散粒噪聲；
(5) 通過數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)進(jìn)行噪聲信號時(shí)間序列采集和頻譜轉(zhuǎn)換，得到被測 樣品散粒噪聲的時(shí)間序列圖和頻譜(6) 打印測試報(bào)告。 本發(fā)明與現(xiàn)有的散粒噪聲測試方法相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)-
1. 本發(fā)明由于采用的低溫裝置和屏蔽樣品室構(gòu)成的雙層屏蔽結(jié)構(gòu)，可進(jìn)一步抑制外 界電磁干擾，同時(shí)利用專用的低溫裝置能夠?qū)崿F(xiàn)溫度的準(zhǔn)確控制和實(shí)時(shí)測量；
2. 本發(fā)明由于采用低噪聲放大器及通用放大器組成的兩級放大系統(tǒng)，擴(kuò)展了通用放 大器的性能，使放大系統(tǒng)不僅具有極低背景噪聲，而且充分滿足散粒噪聲測試對增益和 帶寬的要求；
3. 本發(fā)明由于使用專用散粒噪聲分析軟件提高了數(shù)據(jù)分析和處理速度，能快速生成 測試報(bào)告，同時(shí)增強(qiáng)了對數(shù)據(jù)采集硬件控制的靈活性；
4. 本發(fā)明由于使用虛擬儀器技術(shù)使得本系統(tǒng)可以很方便的實(shí)現(xiàn)升級，降低了成本；
5. 本發(fā)明的測試方法由于采用了對測試條件的優(yōu)化，提高了電子材料與器件散粒噪 聲測試的精度和準(zhǔn)確性。


圖1是現(xiàn)有散粒噪聲測試的系統(tǒng)框圖； 圖2是本發(fā)明散粒噪聲測試系統(tǒng)框圖； 圖3是本發(fā)明的測試過程示意圖4是測試的系統(tǒng)背景噪聲、低溫樣品噪聲和室溫樣品噪聲比較圖5是65nmNMOS亞閾區(qū)噪聲功率譜密度隨電流變化關(guān)系圖； 圖6是65nmNMOS反型區(qū)噪聲功率譜密度與電流變化關(guān)系圖。
具體實(shí)施例方式
參照圖2，本發(fā)明的測試系統(tǒng)包括低溫裝置、放大系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)， 其中，低溫裝置根據(jù)測試要求選擇基于通用液氮杜瓦瓶改裝的低溫裝置或?qū)ｉT的低溫裝 置，以實(shí)現(xiàn)溫度的控制和實(shí)時(shí)顯示；放大系統(tǒng)采用專用的低噪聲前置放大器及通用放大 器構(gòu)成的兩級放大結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)高增益及極低的背景噪聲；數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)采用數(shù) 據(jù)采集卡及專用散粒噪聲測試分析軟件，實(shí)現(xiàn)對電子材料與器件散粒噪聲的測試與分 析。低溫裝置內(nèi)裝有屏蔽樣品室，該屏蔽樣品室采用鋁質(zhì)封閉空間，與低溫裝置外殼形 成雙層屏蔽結(jié)構(gòu)，以去除外界電磁干擾，同時(shí)鋁質(zhì)屏蔽樣品室利于樣品安裝和導(dǎo)熱；該放大系統(tǒng)的輸入輸出分別與低溫裝置和數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)相連接。測試時(shí)將被測樣品 置于低溫裝置屏蔽樣品室內(nèi)，進(jìn)行放大和測試。
參照圖3，本發(fā)明的測試步驟如下
步驟l，測試系統(tǒng)背景噪聲。
1.1) 將低噪聲放大系統(tǒng)輸入短接或接地，開始時(shí)域信號預(yù)采集，觀察實(shí)時(shí)波形， 調(diào)整低噪聲放大系統(tǒng)增益K，當(dāng)在預(yù)采集中能明顯觀察到噪聲信號，停止時(shí)域預(yù)采集；
1.2) 設(shè)置數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)的增益，采樣率及平均采集次數(shù)參數(shù)即增益與低 噪聲放大器增益K一致；采樣率為數(shù)據(jù)采集卡最大采樣率/M ;平均釆集次數(shù)M232;
1.3) 按照步驟1.2)設(shè)置的所述參數(shù)進(jìn)行頻譜采樣，并對頻譜高頻白噪聲部分進(jìn)行
平均值計(jì)算，得到系統(tǒng)背景噪聲&。
步驟2，測試被測樣品電導(dǎo)值，即根據(jù)不同的樣品選擇萬用表或源測單元測試被測 樣品的電導(dǎo)值G。
步驟3，確定被測樣品的最小電流I和最高溫度T。
3.1) 根據(jù)測試背景噪聲&確定被測樣品的最小電流/二^，式中q為電子電量；
q
3.2) 根據(jù)樣品電導(dǎo)值G，通過熱噪聲公式^=4^7^與散粒噪聲公式《=2《/聯(lián)立 求解，并根據(jù)散粒噪聲幅度比熱噪聲大4倍的要求即4&<《，得出最高溫度T和最小 電流電流關(guān)系r-^;，式中S,為熱噪聲功率譜密度，《為樣品散粒噪聲功率譜密度， A^1.38xl0々3j/K為波爾茲曼常數(shù)；
步驟4，根據(jù)所確定的最小電流I和最高溫度T，設(shè)置被測樣品的工作電流/'(w)， "=1,2,3...附及測試溫度7'。
4.1) 根據(jù)最小電流I選取被測樣品的工作電流值為/'(")》/, " = l,2，3...w， m的數(shù)
值按被測樣品的噪聲測試標(biāo)準(zhǔn)確定；
4.2) 根據(jù)最高溫度T設(shè)置被測樣品的測試溫度為r' sr 。步驟5,選取低溫裝置并放置被測樣品。
5.1) 根據(jù)設(shè)置的測試溫度r'選擇低溫裝置，當(dāng)r'大于77K時(shí)，使用低溫液氮裝置; 當(dāng)f小于77K時(shí)，使用液氦裝置，并控制液氦裝置使其溫度小于等于r';
5.2) 將被測樣品放置于低溫裝置的屏蔽樣品室內(nèi)，并與低噪聲放大系統(tǒng)相連接。
步驟6，根據(jù)選取的樣品的工作電流/'(w，測試溫度r'及低溫裝置對被測樣品噪聲
特性進(jìn)行初步測試，得到噪聲功率譜密度s(/)。
6.1) 根據(jù)被測樣品的噪聲測試標(biāo)準(zhǔn)，確定被測的點(diǎn)數(shù)m，在所選取的m個(gè)工作電流 中選取最大的電流值作為被測樣品初測電流值/'_ ;
6.2) 對低溫裝置進(jìn)行溫度控制，使樣品室溫度達(dá)到設(shè)置的測試溫度r';
6.3) 調(diào)整低噪聲放大系統(tǒng)的低頻截止頻率A《l/fe，高頻截止頻率為|_4，式中 / 為數(shù)據(jù)采集卡最大采樣率；
6.4) 對散粒噪聲時(shí)域信號進(jìn)行預(yù)采集，實(shí)時(shí)觀察波形，調(diào)整放大器增益K，當(dāng)在預(yù) 采集中能明顯觀察到噪聲信號，停止預(yù)采集；
6.5) 設(shè)置數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)增益與低噪聲放大器增益K 一致，通過數(shù)據(jù)采集與 處理系統(tǒng)對低噪聲放大器放大輸出信號進(jìn)行頻譜釆樣，得到初測噪聲信號的功率譜密度 W/)。
步驟7，計(jì)算l/f噪聲轉(zhuǎn)折頻率/e，設(shè)置低噪聲放大器的頻率帶寬，以及數(shù)據(jù)采集 與處理系統(tǒng)的采樣頻率和采樣點(diǎn)數(shù)。
7.1)根據(jù)電子器件噪聲功率譜密度公式5(/) = J + 4 + ~^對所測噪聲功率
譜密度s(/)進(jìn)行曲線擬合，計(jì)算1/f噪聲轉(zhuǎn)折頻率/c;
式中A為白噪聲幅度，B為l/f噪聲的幅度，Y為頻率指數(shù)因子，C為g-r噪聲的幅度、/。和a分別為g-r噪聲轉(zhuǎn)折頻率和指數(shù)因子；
7.2) 根據(jù)具體器件測試標(biāo)準(zhǔn)確定散粒噪聲分析帶寬厶，計(jì)算放大器帶寬濾波器所 需最高頻率為///=/￡:+/^
7.3) 設(shè)置低噪聲放大系統(tǒng)頻率帶寬，即低頻截止頻率的大小等于轉(zhuǎn)折頻率/e，高 頻截止頻率的大小等于最高頻率人。
步驟8，測試樣品散粒噪聲信號時(shí)間序列和頻譜。
8.1) 設(shè)置當(dāng)《 = 1時(shí)被測樣品工作電流為/'(w)，保持測試溫度r'不變；
8.2) 對時(shí)域信號進(jìn)行預(yù)采集，實(shí)時(shí)觀察噪聲信號的出現(xiàn)，并調(diào)整放大系統(tǒng)增益K， 當(dāng)在預(yù)采集中能明顯觀察到噪聲信號時(shí)，停止時(shí)域預(yù)采集；
8.3) 保持?jǐn)?shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)增益與低噪聲放大系統(tǒng)增益K 一致，通過數(shù)據(jù)采集 與處理系統(tǒng)對低噪聲放大系統(tǒng)放大輸出噪聲信號進(jìn)行頻譜采樣，得到測試樣品散粒噪聲 信號的功率譜密度^(/)，并保存該功率譜密度數(shù)據(jù)及圖形；
8.4) 保持?jǐn)?shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)參數(shù)不變，對樣品散粒噪聲信號進(jìn)行時(shí)間序列采集， 并保存時(shí)間序列數(shù)據(jù)及圖形；
8.5) 改變n值即設(shè)置不同的工作電流/(")，重復(fù)步驟8.1) 步驟8.4)，直到"-m，
測試結(jié)束。
步驟9，打印測試報(bào)告。
本發(fā)明的效果可以通過以下試驗(yàn)測試進(jìn)一步說明
1. 測試對象..采用本發(fā)明測試方法對0.18/i附工藝，溝道寬長比20/^2/0.6//m，柵
氧化層厚度為20,，閾值電壓0.7V的nMOS器件測試進(jìn)行不同條件下的散粒噪聲測試。
2. 測試系統(tǒng)采用液氮裝置YDS-10-125及鋁質(zhì)圓筒構(gòu)成低溫雙層屏蔽樣品室，利 用超低噪聲前置放大器SA200F3與通用放大器PARC113構(gòu)成兩級放大系統(tǒng)，DAQ2010 采集卡及LabView 6.0虛擬儀器軟件搭建的散粒噪聲測試軟件。
3. 測試條件測試試驗(yàn)首先對系統(tǒng)在低溫77K時(shí)背景總噪聲進(jìn)行了測試；對nMOS 器件在室溫及低溫77K，相同電流條件下進(jìn)行了對比測試；最后對nMOS器件在低溫77K，并分別處于壓閾區(qū)和反型區(qū)時(shí)不同源漏電流條件下進(jìn)行了散粒噪聲測試，即對15 個(gè)不同電流測試點(diǎn)進(jìn)行測試。
4.測試結(jié)果如圖4、圖5和圖6所示。
圖4給出了低溫系統(tǒng)背景噪聲、低溫樣品噪聲和室溫樣品噪聲測試結(jié)果。從圖4中 可以得到低溫系統(tǒng)背景噪聲比低溫樣品噪聲值小約2倍，說明采用了雙層屏蔽結(jié)構(gòu)的測 試系統(tǒng)可以極大抑制外部干擾，能夠準(zhǔn)確有效地測試器件散粒噪聲；同時(shí)，從低溫樣品 噪聲和室溫樣品噪聲測試結(jié)果對比可以說明采用本方法選取的溫度可以有效的抑制器 件熱噪聲，提高測試可信性。
圖5和圖6分別給出了 77K溫度時(shí)nMOS器件處于壓閾區(qū)和反型區(qū)不同電流條件 下的散粒噪聲測試結(jié)果，從圖5和圖6可見，實(shí)際的測試結(jié)果與nMOS器件散粒噪聲理 論值能較好的符合，從而進(jìn)一步證明了本測試方法的準(zhǔn)確性。.
權(quán)利要求
1. 一種電子材料與器件散粒噪聲測試方法，包括如下步驟(1)測試系統(tǒng)背景噪聲和被測樣品的電導(dǎo)值，通過熱噪聲與散粒噪聲公式聯(lián)立求解，確定被測樣品的最小電流I和最高溫度T；(2)根據(jù)所確定的最小電流和最高溫度，設(shè)置被測樣品的工作電流I′(n)及測試溫度T′，選取低溫裝置，n＝1，2，3...，將被測樣品放置于所選取的低溫裝置屏蔽環(huán)境內(nèi)；(3)根據(jù)設(shè)置的樣品工作電流I′(n)，測試溫度T′及低溫裝置對被測樣品噪聲特性進(jìn)行初步測試，得到噪聲功率譜密度S(f)；(4)根據(jù)電子器件噪聲功率譜密度公式，計(jì)算1/f噪聲轉(zhuǎn)折頻率fC，分別設(shè)置低噪聲放大器的頻率帶寬和增益，以及數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)的采樣頻率和采樣點(diǎn)數(shù)，使數(shù)據(jù)采集卡能夠采集到散粒噪聲；(5)通過數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)進(jìn)行噪聲信號時(shí)間序列采集和頻譜轉(zhuǎn)換，得到被測樣品散粒噪聲的時(shí)間序列圖和頻譜圖；(6)打印測試報(bào)告。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(2)所述的根據(jù)所確定的最小電流和最 高溫度，設(shè)置被測樣品的工作電流Z和測試溫度r，并選取低溫裝置，按如下步驟進(jìn)行(2a)根據(jù)被測樣品的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置工作電流/( ),且滿足/'(^>/;(2b)根據(jù)被測樣品的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置測試溫度r'，且滿足T、r;(2c)根據(jù)設(shè)置的測試溫度選擇低溫裝置，當(dāng)最低溫度大于77K時(shí)，使用低溫液氮 裝置，選取r'為固定的77K;當(dāng)最低溫度小于77K時(shí)，使用液氦裝置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(3)所述的對被測樣品噪聲特性進(jìn)行初 步測試，按如下步驟進(jìn)行(3a)選取工作電流/(w)中的最大電流值作為初測電流，設(shè)置采樣率為數(shù)據(jù)釆集卡最大采祥率/m，并設(shè)置低噪聲放大器的低頻截止頻率厶2life，高頻截止頻率為^/^;(3b)通過數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)采集低噪聲放大器放大輸出的噪聲信號并進(jìn)行傅立 葉變換，得到初測噪聲信號的功率譜密度S(/)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(4)所述的計(jì)算l/f噪聲轉(zhuǎn)折頻率^及 設(shè)置低噪聲放大器的頻率帶寬和增益，按如下步驟如下-(4a)根據(jù)電子器件噪聲功率譜密度公式<formula>formula see original document page 3</formula>對所測噪聲功率譜密度S(/)進(jìn)行曲線擬合，計(jì)算1/f噪聲轉(zhuǎn)折頻率厶，式中A為白噪聲幅度，B.為l/f噪聲的幅度，y為頻率指數(shù)因子，C為g-r噪聲的 幅度、f。和a分別為g-r噪聲轉(zhuǎn)折頻率和指數(shù)因子；(4b)根據(jù)具體器件測試標(biāo)準(zhǔn)確定散粒噪聲分析帶寬厶，計(jì)算放大器帶寬濾波器所需最高頻率A^^+A;(4c)設(shè)置低噪聲放大器頻率帶寬，即低頻截止頻率的大小等于轉(zhuǎn)折頻率A,高頻 截止頻率的大小等于最高頻率厶；(4d)調(diào)整低噪聲放大器增益K，使數(shù)據(jù)采集卡能采集到噪聲信號。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(4)所述的設(shè)置數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)的 采樣頻率和采樣點(diǎn)數(shù)，按如下步驟如下(4e)根據(jù)低噪聲放大器最高頻率厶，設(shè)置數(shù)據(jù)釆集卡采樣頻率/,，即^^2^; (4f)由采樣頻率/,計(jì)算得到釆樣點(diǎn)數(shù)7V = /s//e。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(5)所述的通過數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)進(jìn) 行噪聲信號時(shí)間序列采集和頻譜轉(zhuǎn)換，按如下步驟如下(5a)設(shè)置數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)增益，使其增益與低噪聲放大器增益K一致；(5b)進(jìn)行散粒噪聲信號時(shí)間序列的預(yù)采集，并實(shí)時(shí)調(diào)整數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)的模 數(shù)轉(zhuǎn)換參數(shù)，直到能夠明顯觀察到散粒噪聲時(shí)間序列信號為止；(5c)按照調(diào)整后的模數(shù)轉(zhuǎn)換參數(shù)，再進(jìn)行散粒噪聲信號時(shí)間序列采集，得到時(shí)間 序列圖及數(shù)據(jù)，并進(jìn)行保存；(5d)設(shè)置數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)信號頻譜采集的平均參數(shù)M，要求M232;(5e)按照平均參數(shù)M進(jìn)行散粒噪聲信號的頻譜采集，得到散粒噪聲頻譜圖及數(shù) 據(jù)，并進(jìn)行保存。
7. —種電子材料與器件散粒噪聲測試的系統(tǒng)，包括低溫裝置、放大系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采 集與處理系統(tǒng)，放大系統(tǒng)的輸入輸出分別與低溫裝置和數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)相連接， 其特征在于，低溫裝置采用液氮或液氦裝置；放大系統(tǒng)采用專用的低噪聲前置放大器 和通用放大器構(gòu)成的兩級放大結(jié)構(gòu)；數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)采集卡及專用散粒 噪聲測試分析軟件。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的測試的系統(tǒng)，其特征在于低溫裝置內(nèi)裝有屏蔽樣品室，樣 品室與低溫裝置外殼構(gòu)成雙層屏蔽結(jié)構(gòu)，以進(jìn)一步抑制外部噪聲干擾。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電子材料與器件散粒噪聲測試方法，解決現(xiàn)有散粒噪聲測試方法準(zhǔn)確性及可靠性差的問題。整個(gè)測試系統(tǒng)包括低溫裝置、放大系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)。其測試過程為測試系統(tǒng)背景噪聲S_c和被測樣品電導(dǎo)G，確定被測樣品的最小電流I及最高溫度T；根據(jù)最小電流I及被測樣品相關(guān)噪聲測試標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)選m個(gè)測試電流點(diǎn)；將被測樣品置于低溫裝置內(nèi)的屏蔽樣品室，選取m個(gè)測試電流點(diǎn)中最大電流值I′_max作為工作電流，進(jìn)行樣品噪聲初測；計(jì)算1/f噪聲轉(zhuǎn)折頻率f_C，確定放大系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)；分別在m個(gè)測試電流點(diǎn)測試被測樣品噪聲時(shí)間序列和頻譜，得到散粒噪聲測試結(jié)果并生成測試報(bào)告。本發(fā)明具有測試精度、準(zhǔn)確性高和測試系統(tǒng)靈活的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號G01R29/26GK101413976SQ20081023253
公開日2009年4月22日 申請日期2008年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月1日
發(fā)明者包軍林, 莊弈琪, 磊 杜, 磊 鄭, 陳文豪 申請人:西安電子科技大學(xué)