中心議題：

• 短溝道MOSFET中散粒噪聲測試原理
• 短溝道MOSFET中散粒噪聲的測試係統設計及測試方案
• 短溝道MOSFET中散粒噪聲的測試結果及討論

對於短溝道MOSFET器qi件jian，在zai室shi溫wen條tiao件jian下xia
，散san粒li噪zao聲sheng被bei其qi他ta類lei型xing的de噪zao聲sheng所suo淹yan沒mei，一yi般ban在zai實shi驗yan中zhong很hen難nan觀guan察cha到dao它ta的de存cun在zai。目mu前qian國guo內nei外wai對dui於yu散san粒li噪zao聲sheng測ce試shi技ji術shu的de研yan究jiu取qu得de了le快kuai速su的de進jin展zhan，但dan是shi普pu遍bian存cun在zai幹gan擾rao噪zao聲sheng大da
、ceshiyiqijiageangguidengwenti
，nanyishixianpujiyingyong。wenzhongsuojieshaodeceshixitongshizaipingbihuanjingxiajiangbeiceqijianzhiyudiwenzhuangzhinei，yizhilewaijiedianciboherezaoshengdeganrao；同時使用低噪聲前置放大器使散粒噪聲充分放大
，並顯著降低係統背景噪聲；通過提取噪聲頻譜高頻段平均值，去除了低頻1/f噪聲的影響
，使測試結果更加的準確。使用本係統測試短溝道MOSFET器件散粒噪聲
，得到了很好的測試結果。文中的工作為散粒噪聲測試提供了一種方法，對短溝道MOSFET散粒噪聲測試結果進行了討論。

1 測試原理

對於短溝道MOSFET中散粒噪聲的測試，主要影響因素包括：外界電磁幹擾、低頻1/f噪聲、rezaoshengyijiceshixitongbeijingzaoshengdeng。sanlizaoshengshuyuweiruoxinhao，zaishijiceshizhongwaijiedianciganraoduiceshijieguoyingxiangxianzhu，jiangzhenggeshiyanzhuangzhifangzhiyudiancipingbihuanjingxiajinxingceshi，zheyangjiuyouxiaodiyizhilewaijiedianciganrao。sanlizaoshengherezaoshengjunshuyubaizaosheng，zaishiwenxiayouyurezaoshengdeyingxiang，yibanhennanceliangdaosanlizaoshengdecunzai
，yincixuyaozuidaxiandujiangdirezaoshengdeyingxiang。zaiceshizhongjiangdaiceqijianzhiyuyedanhuanjingzhong，zaiciwenduxiaqijianrezaoshengxiangduiyusanlizaoshengkeyihulve。duiyuqijiansanlizaoshengdeceshi，bixutongguochongfenfangdacainengbeishujucaijikasuocaiji，suoyiyao
、求qiu放fang大da器qi要yao有you足zu夠gou的de增zeng益yi，同tong時shi要yao求qiu不bu能neng引yin入ru太tai大da的de係xi統tong噪zao聲sheng
，否fou則ze係xi統tong噪zao聲sheng會hui淹yan沒mei所suo測ce器qi件jian的de散san粒li噪zao聲sheng，因yin此ci采cai用yong低di噪zao聲sheng高gao增zeng益yi的de前qian置zhi放fang大da器qi。對dui於yu短duan溝gou道daoMOSFET
，其低頻1/f 噪聲非常顯著，它對散粒噪聲的影響很大，由於1/f 隻是在低頻部分明顯

，在高頻部分很小，因而可以通過提取噪聲高頻部分的平均值來降低1/f 噪聲對測試的影響
，使測試結果更加的準確。據此，設計了一種低溫散粒噪聲測試係統。

2 測試係統設計及測試方案

2．1 測試係統設計
測試係統，如圖1所示，主要由偏置電路、低噪聲前置放大器

、數據采集和噪聲分析係統組成。將所有測試設備放置於雙層金屬網組成的屏蔽室內，可以有效的抑製外界電磁噪聲的幹擾；測試係統低溫裝置是一個裝有液氮的杜瓦瓶，它可以提供77 K的測試溫度
，這樣就有效的降低了熱噪聲的影響。Vcc1和Vcc2為電壓可調的低噪聲鎳氫直流電池組，分別為器件提供柵源電壓和漏源偏壓，電池組不能用直流電源代替

，因為直流電源的噪聲比較大。

變阻器R1和R2均屬於低噪聲線繞電位器，最大阻值均為10 kΩ，分別用於柵源電壓和漏源的調節。同時為了測試更加準確
，變阻器R1和R2也一並置於液氮裝置內，以降低其自身熱噪聲的影響。前置放大器采用美國EG&G普林斯頓應用研究公司製造的PARC113型低噪聲前置放大器，放大增益範圍為20～80 dB，測試帶寬為1～300 kHz，其背景噪聲很低，滿足實驗的測試要求。

數據采集和噪聲分析軟件為“XD3020電子元器件噪聲-可靠性分析係統”軟件，它包含5大功能：噪聲頻譜分析
、器件可靠性篩選、噪聲分析診斷、時頻域子波分析
、時域分析。對於散粒噪聲分析，主要用到噪聲頻譜分析模塊。
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通過具體測試對係統進行了驗證。設置柵源電壓為0．1 V
，漏源電壓為0．36 V，為了降低低頻1/f噪聲的幹擾
，提取電流噪聲功率譜299～300 kHz高頻段的平均值。如圖2所示，從圖中可以看出高頻段是白噪聲。在室溫下

，被測器件噪聲幅值為1．2×10-15V2／Hz左右；而77 K時，在相同偏置條件下測試了樣品的噪聲，電流噪聲幅值為1．5×10-16V2／Hz左右，對比室溫和77 K時樣品噪聲，可以看出噪聲幅值降了一個數量級，通過計算可知熱噪聲被減少大約90％

，可見77 K時熱噪聲被明顯抑製。同時測量了低溫下係統的背景噪聲
，它的噪聲幅值為4×10-17V2／Hz左右
，而低溫下樣品的噪聲幅值為1．5×1O-16V2／Hz，因此低溫下係統背景噪聲相對較小

，可以忽略。本測試係統能滿足低溫下散粒噪聲測試的要求。

2．2 測試方案
實驗樣品選用0．18μm工藝nMOSFET器件，溝道寬長比為20μm／0．6μm，柵氧化層厚度為20 nm，閾值電壓為0．7 V。分別測試器件在亞閾區
、線性區和飽和區的源漏電流散粒噪聲功率譜。具體步驟為
，設置Vgs=0．1 V

，使器件處在亞閾值區

，Ids在0．055～1 mA變化，測試器件在不同溝道電流下的電流噪聲功率譜值
；再設置Vgs=1．2 V，使器件工作在反型區，測試Ids在0．055～1．5 mA變化時線性區和飽和區的電流噪聲功率譜值。在功率譜提取時
，取270～300 kHz頻率段電流噪聲功率譜的平均值，這樣既可以去除低頻1／f噪聲對測試結果的影響，也可以通過平均值算法使分析的測試數據更加準確。
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3 測試結果及討論

圖3和圖4分別為器件工作在亞閾區和反型區條件下，電流噪聲功率譜隨漏源電流的變化情況。

youtuzhongkeyikanchu，zaiyayuqu
，xiaolouyuandianliudetiaojianxia
，goudaodianliuhedianliuzaoshenggonglvpuchengxianxianxingguanxi
，zhengmingqijianzaicigongzuotiaojianxiacunzaisanlizaosheng。xiangbiyuchanggoudaoMOSFETqijian，duangoudaoqijiangoudaoyuanqufujianmingxiancunzaiyigeshilei，shileigaodusuizhayuandianyadezengdaerzengda，suilouyuandianyadezengdaerjianxiao。zaicipianzhitiaojianxia
，goudaoneidianchangqiangduhenxiao
，kuosandianliuchengfenxianzhu

，kuosandianliusuijitongguoyuanjifujinshilei，yinqisanlizaosheng。suizhelouyuandianyadezengda，goudaoneidianchangzengqiang，shileijianxiao

，piaoyidianliuchengweizhuyaochengfen

，sanlizaoshengsuizhibeiyizhi。

在反型區
，小的漏源電流條件下，器件工作在線性區。如圖4所示，與亞閾區類似，可以看到明顯的散粒噪聲成分。但是隨著漏源電流的增大，在漏源電流大約為0．5μA時shi

，器qi件jian進jin入ru飽bao和he區qu。此ci時shi源yuan區qu勢shi壘lei和he溝gou道dao內nei擴kuo散san電dian流liu成cheng分fen顯xian著zhu減jian小xiao，因yin此ci導dao致zhi由you擴kuo散san電dian流liu引yin起qi的de散san粒li噪zao聲sheng減jian小xiao。但dan此ci時shi漏lou端duan溝gou道dao正zheng好hao處chu在zai夾jia斷duan點dian位wei置zhi
，載zai流liu子zi通tong過guo夾jia斷duan點dian耗hao盡jin區qu是shi彈dan道dao傳chuan輸shu模mo式shi
，引yin起qi了le散san粒li噪zao聲sheng的de產chan生sheng
，導dao致zhi散san粒li噪zao聲sheng再zai次ci隨sui漏lou源yuan電dian流liu的de增zeng大da而er增zeng大da。但dan隨sui著zhe漏lou源yuan電dian流liu的de繼ji續xu增zeng大da
，夾jia斷duan區qu長chang度du不bu斷duan增zeng加jia，載zai流liu子zi在zai夾jia斷duan區qu散san射she增zeng強qiang，散san粒li噪zao聲sheng再zai次ci被bei抑yi製zhi。

4 結束語

針對MOSFET散san粒li噪zao聲sheng難nan以yi測ce量liang的de特te點dian
，文wen中zhong提ti出chu了le一yi種zhong低di溫wen散san粒li噪zao聲sheng測ce試shi方fang法fa。在zai屏ping蔽bi環huan境jing下xia，將jiang被bei測ce器qi件jian置zhi於yu低di溫wen裝zhuang置zhi內nei

，有you效xiao抑yi製zhi了le外wai界jie電dian磁ci波bo和he熱re噪zao聲sheng的de幹gan擾rao。采cai用yong背bei景jing噪zao聲sheng充chong分fen低di的de放fang大da器qi以yi及ji偏pian置zhi器qi、適配器等，建立低溫散粒噪聲測試係統。應用本係統對短溝道MOSFET器件進行噪聲測試，分析該器件散粒噪聲的特性。文中的工作為器件散粒噪聲測試提供了一種方法，對短溝道MOSFET散粒噪聲特性進行了分析。