專利名稱：高阻器件與介質(zhì)材料電流噪聲測(cè)試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子測(cè)試測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種高阻器件和介質(zhì)材料電流噪聲測(cè)試 方法，用于對(duì)高阻值電阻器件或高電阻材料寬頻帶范圍內(nèi)的電流噪聲測(cè)試。
背景技術(shù)：
1、器件及材料的電流噪聲當(dāng)給器件(如電阻器、電容器)兩端施加直流偏壓時(shí)，器件內(nèi)部電荷產(chǎn)生定向移動(dòng) 形成電流，該電流平均值符合歐姆定律，但是電流的瞬時(shí)值卻是隨機(jī)漲落的。這種漲落是由 于器件內(nèi)載流子的隨機(jī)漲落、器件中的缺陷對(duì)載流子的隨機(jī)俘獲、釋放過程以及晶界勢(shì)壘 等對(duì)載流子的散射等多種原因?qū)е碌?。我們將這種電流的瞬時(shí)漲落稱為電流噪聲，通過對(duì) 電流噪聲的測(cè)量分析可研究樣品電荷輸運(yùn)機(jī)制、輸運(yùn)過程以及缺陷與可靠性等。電流噪聲信號(hào)雖然微弱但其包含信息豐富，根據(jù)不同機(jī)理產(chǎn)生的電流噪聲具有不 同的頻率分布特性。由于一般導(dǎo)電樣品中噪聲信號(hào)十分微弱，因此對(duì)于樣品電流噪聲進(jìn)行 有效的分析需要進(jìn)行倍數(shù)足夠大和頻帶范圍足夠?qū)挼男盘?hào)放大。研究表明高阻值器件與材 料中電流噪聲主要由三種噪聲成分組成，分別為白噪聲(主要為熱噪聲和散粒噪聲)、i/f 噪聲和G-R噪聲。電流噪聲的功率譜密度公式如下
權(quán)利要求
1.一種高阻器件與介質(zhì)材料電流噪聲測(cè)試方法，其特征在于包括如下步驟(1)將待測(cè)的若干高阻值樣品放入適配器中，通過對(duì)樣品適配器施加偏置電壓以激發(fā) 出樣品的電流噪聲信號(hào)；(2)根據(jù)需要分析的樣品數(shù)量選擇要開啟的采集通道數(shù)，并開啟相應(yīng)通道上的低噪聲 電流放大器，調(diào)節(jié)低噪聲電流放大器的放大倍數(shù)至Atl，并通過數(shù)據(jù)采集卡采集放大后的信 號(hào)；(3)通過傅里葉交換計(jì)算所采集的電流噪聲信號(hào)的功率譜密度，函數(shù)中變量f是 頻率；(4)獲取低噪聲電流放大器在步驟O)中設(shè)置的放大倍數(shù)下的幅頻特性曲線即電流有 效值隨信號(hào)頻率變化的函數(shù)曲線1(f)；(5)從步驟(4)獲得的幅頻特性曲線1(f)中提取低噪聲電流放大器在該放大倍數(shù)下的 歸一化曲線Q (f)，并利用Q (f)還原步驟(3)中的被衰減的功率譜密度&(f)，得到還原后 頻帶展寬的功率譜密度S (f)；(6)利用曲線擬合和參數(shù)提取方法對(duì)S(f)進(jìn)行分析，研究高阻值樣品的可靠性或進(jìn)行 產(chǎn)品篩選；(7)通過軟件生成分析結(jié)果的報(bào)表。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)試方法，其特征在于步驟O)中所述的調(diào)節(jié)低噪聲電流放 大器的放大倍數(shù)至Atl并通過數(shù)據(jù)采集卡采集放大后的信號(hào)的步驟操作過程和步驟(3)的 步驟操作過程是(2a)將電流放大器的放大倍數(shù)從1倍開始逐漸提高，在確保放大后的信號(hào)幅值在數(shù)據(jù) 采集卡量程之內(nèi)的條件下，使放大后的信號(hào)逐漸增大，記錄最終所調(diào)到的放大倍數(shù)Atl ；(2b)當(dāng)信號(hào)穩(wěn)定之后，開始在軟件中設(shè)置數(shù)據(jù)采集卡采樣頻率fsample、信號(hào)加窗處理方 式、傅里葉變換時(shí)的信號(hào)平均次數(shù)M，采樣頻率的的選擇根據(jù)所需采集的電流噪聲信號(hào)的上 限頻率fH設(shè)定，滿足等式fsample彡2fH，平均次數(shù)M的選取范圍為32彡M彡256 ；(2c)參數(shù)設(shè)置完畢后，觸發(fā)采集功能，通過軟件實(shí)現(xiàn)時(shí)域信號(hào)采集和時(shí)域信號(hào)傅里葉 變換同步進(jìn)行，得到電流噪聲信號(hào)的功率譜密度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)試方法，其特征在于步驟的步驟操作過程是(3a)將電流放大器放大倍數(shù)調(diào)至步驟O)中測(cè)試樣品時(shí)所調(diào)到的放大倍數(shù)Atl;(3b)設(shè)置鎖相放大器高精度交流信號(hào)源輸出端電壓有效值Vtl，將一標(biāo)準(zhǔn)電阻器Rtl的一 端串接入交流信號(hào)源輸出端，此時(shí)若電阻器另一端也串接入交流信號(hào)源輸出端，則可得到流經(jīng)電阻器的電流有效值為(3c)將電流Itl輸入至電流放大器的輸入端，即將鎖相放大器交流信號(hào)源輸出端、電阻 器Rtl和電流放大器串聯(lián)形成回路，再將放大后的正弦交流信號(hào)AtlItl輸入至鎖相放大器的信 號(hào)輸入端；(3d)調(diào)整Vtl的大小，使放大后的正弦交流信號(hào)有效值在鎖相放大器的量程Vmax之內(nèi)， 即使下式成立kO(3e)開啟鎖相放大器的掃頻功能，保持Vtl的幅度不變，將信號(hào)Vtl的頻率從零開始以一定的步長(zhǎng)遞增，一直遞增到信號(hào)高頻截止頻率的10倍或100倍之間的某個(gè)頻點(diǎn)值，鎖相放 大器會(huì)由此得到電流放大器對(duì)頻率不同而幅度相同的信號(hào)的響應(yīng)，即電流放大器在放大倍 數(shù)Atl下的幅頻特性曲線1(f)；(3f)對(duì)所有數(shù)據(jù)采集通道重復(fù)上述(3a)至(3e)步驟，測(cè)得其它每個(gè)正在使用中的通 道上電流放大器的幅頻特性曲線I (f)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)試方法，其特征在于步驟(5)的步驟操作過程包括 (4a)通過公式
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)試方法，其特征在于步驟(6)的步驟操作過程包括 (5a)根據(jù)樣品噪聲的功率譜密度公式
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高阻器件與介質(zhì)材料電流噪聲測(cè)試方法，其測(cè)試步驟為首先通過樣品適配器激發(fā)出高阻值樣品的低頻電流噪聲，再通過低噪聲電流放大器將樣品低頻噪聲放大，繼而通過數(shù)據(jù)采集卡采集放大后的噪聲信號(hào)并計(jì)算這些采集得到的高頻部分被放大器衰減的電流噪聲信號(hào)的功率譜密度S0(f)，之后利用鎖相放大器獲取電流放大器的幅頻特性曲線并由此計(jì)算歸一化曲線Q(f)，然后利用Q(f)還原被衰減的功率譜密度曲線S0(f)，得到還原后頻帶展寬的功率譜密度曲線S(f)，最后對(duì)S(f)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析來篩選器件或研究樣品可靠性。本發(fā)明解決了現(xiàn)有高阻值樣品噪聲測(cè)試方法中倍號(hào)通頻帶窄、測(cè)試數(shù)據(jù)不充分的問題，具有高效率、操作自動(dòng)化和還原后的數(shù)據(jù)精度高的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01R19/00GK102095917SQ20101057166
公開日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2010年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月30日
發(fā)明者馮笑然, 莊奕琪, 杜磊, 陳文豪 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)