1/f噪声及其在二维材料石墨烯中的研究进展

1/f噪声具有丰富的物理内涵,既是科学研究的量化工具,也是电子器件重要性能指标.本文从通用数学形式和物理背景两个方面归纳总结1/f噪声模型.首先介绍了基于马尔可夫过程和基于扩散过程的1/f噪声通用数学模型.在此基础上,溯源1/f噪声物理模型的发展历程,总结五类典型物理模型,包括Mc Whorter模型、Hooge模型、Voss-Clarker模型、Dutta-Horn模型、干涉模型以及Hung统一模型.二维材料石墨烯让1/f噪声研究重归学术热点,本文梳理了当前石墨烯1/f噪声研究中形成的共识性研究成果,提出石墨烯低频噪声研究的三层次分类分析模型,分析了不同层面噪声机理研究代表性成果,归纳总结了各层面可能的主导机制.通过比较不同团队报道的石墨烯1/f噪声栅极调控特征谱型及测试条件,分析了复杂多变栅控谱型形成原因.基于分析结论,为避免非本征噪声干扰,提出了石墨烯本征背景1/f噪声规范性测量方案,为厘清和揭示石墨烯1/f噪声机制及特性探索可行技术途径.

1/f噪声检测MOSFET静电潜在损伤的理论基础

分析了MOSFET静电损伤的机理 ,发现在静电应力期间 ,随着应力次数的增加 ,在SiO2 体内和Si/SiO2 界面同时产生潜在损伤积累 .Si/SiO2 界面较SiO2 层体内更容易产生缺陷 ,而且缺陷浓度更大 .用逾渗理论模拟了MOSFET中 1/f噪声与边界陷阱浓度的关系 ,得出了与实验相一致的定性结果 ,为MOSFET静电潜在损伤的沟道漏源电流 1/f噪声检测方法提供了理论依据 .

光电耦合器件1/f噪声和g-r噪声的机理研究

对光电耦合器件1/f噪声和gr噪声(产生-复合噪声)的偏置特性及其产生机理进行了实验和理论研究.结果表明在低频段,光电耦合器件的gr噪声通常表现为叠加1/f噪声,且两者均随输入电流的增加呈现先增大后减小的规律.通过测量前级噪声和后级噪声,发现光电耦合器件的gr噪声源为后级光敏三极管.理论分析表明光电耦合器件的1/f噪声主要为表面1/f噪声,gr噪声则源于光敏三极管发射结空间电荷区的深能级对载流子的俘获和发射.

1/f噪声的精确测量及其在太阳能电池可靠性筛选中的应用

为了实现对太阳能电池可靠性的筛选分类,建立了一套低频噪声自动测试系统。首先,根据太阳能电池1/f噪声的来源,确定了在大电流密度情况下以1/f噪声功率谱作为太阳能电池可靠性指示的可行性。然后,由测试得到的功率谱曲线明确了通过比较在f为1Hz频点处的1/f噪声功率谱值大小可以区分太阳能电池的可靠性。最后,根据半导体器件可靠性试验验证的分类标准,给出了确定筛选阈值的方法。实验结果表明:该方法可以在短时间内无损地完成一批太阳能电池3个等级的可靠性分类,平均每个太阳能电池的测试时间只需5min。采用该筛选方法,能精确检测单一器件,解决了传统方法花费大、周期长,易引起器件的损伤,且只能得到一批器件可靠性的统计规律的问题。该方法适用于对太阳能电池可靠性要求高的应用场合。

分形分析1/f噪声性能

电子器件的低频噪声通常由闪烁(1/f噪声)噪声、g-r噪声和爆裂噪声3种成分构成。这些噪声通常与晶体管表面状态或内部缺陷有关,其中,1/f噪声已成为对器件的质量评估及可靠性预测的重要指标。提出分形分析方法,对1/f噪声性能进行分析。仿真实验结果验证了该方法的可行性,为今后用分形理论研究器件低频噪声提供了理论依据。

基于小波分析和虚拟仪器技术的1/f噪声研究

传统基于傅立叶分析和频谱分析仪的微弱信号检测方法无法对1/f噪声进行实时、高速、精确的测量与分析。本文在以虚拟仪器为平台,内嵌小波分析的低频噪声检测系统基础上对1/f噪声进行了实验和理论研究。实验结果表明,该系统能够检测到的1/f噪声幅值比传统的测试方法低2个数量,以小波理论构建的两个参量更深入细微地表征了1/f噪声特性:模极大值分布能够鉴别不同类型的1/f噪声产生机构,相似系数可描述应力对器件1/f噪声的影响。

用小波变换去除红外图像中1/f噪声的方法

研究红外图像中去除 1/ f 噪声的方法 .通过分析 1/ f 噪声的频率和功率谱等特征 ,比较小波变换和维纳滤波去相关的效果 ,在图像处理中利用小波变换的去相关作用 ,合理地选择小波基 ,使 1/ f 噪声变为易于清除的白噪声 ,从而达到去除 1/ f 噪声的目的 .实验结果表明 ,小波变换对去除 1/ f噪声有良好的效果 .目标信噪比也有很大的提高 。

基于小波分析的1/f噪声降噪

同传统加速度计相比,光纤加速度计具有结构简单、性价比高、输出精度较高等特点,可以满足中等精度的导航制导要求,但输出信号通常受随机噪声的干扰,其中1/f噪声就是影响光纤加速度计精度的一个重要因素。由于小波分析兼具时频分析和尺度分析的功能,加之1/f噪声在小波域呈现出某些特殊的性质,因此小波分析成为研究1/f噪声的良好工具。本文提出一种处理加速度信号中1/f噪声的新方法,即选取适当的阈值对1/f噪声进行滤波处理,仿真结果表明该方法科学有效。

1/f噪声之谜

１／ｆ 噪声是一种普遍存在于物理、生物、社会、医学、天文、地理等系统中的自然现象，人们为寻找它的产生机制孜孜以求近百年。虽然至今尚不能找到形成这种噪声的统一机制。但已发现１／ｆ 噪声具有一种截然不同的两面性：一方面，“过剩”的１／ｆ 噪声与系统的某些不完整性有着密切的关系，因而可以用作检测电子、机械、建筑等系统潜在缺陷；另一方面，“本征”的１／ｆ 噪声又反映了自然界的完美和和谐，将其用于音乐创作、时装设计、园艺造型、医疗保健、公共设施建设等领域。

利用几何插值法合成1/f噪声

提出了通过对均匀分布的随机序列进行几何插值而合成 1/ f噪声的方法 ,探讨了 1/ f噪声具有的自相似结构的分形特征 .

GaAlAs红外发光二极管功率老化对其1/f噪声特性的影响

在可靠性筛选中检测具有潜在损伤的器件一直是个难题.对GaA lAs红外发光二极管(IRLED)功率老化前后低频噪声的测量发现,1/f噪声幅值与偏置电流的γ次方成正比(小电流区γ=1,在大电流区γ≈2),且老化后1/f噪声幅值比老化前增大2个数量级.基于载流子数涨落和迁移率涨落机制建立了一个GaA lAs IR LED的1/f噪声模型,分析结果表明GaA lAs IR LED的1/f噪声在小电流时反映体陷阱特征,大电流时反映激活区陷阱特征,1/f噪声的增加归因于功率老化诱生的界面陷阱和表面陷阱,1/f噪声可以用来检测GaA lAs IR LED s的潜在缺陷.

集成运算放大器参数时漂的1/f噪声预测方法

寿命试验和噪声测试结果表明,如果集成运算放大器的主要失效模式是输入偏置电流或失调电流随时间的漂移,则这种漂移量与运放的1/f噪声电流具有强相关性,二者近似呈正比关系。理论分析表明,这种漂移可归因于作为1/f噪声直接起源的氧化层陷阱对硅中电子的慢俘获作用。据此,提出了通过1/f噪声测量对集成运放特定参数时漂进行快速无损评估的方法。

红外探测器的1/f噪声谱测试

研究红外探测器的 1 f噪声谱是为了解探测器表面处理情况 ,尽可能地降低 1 f噪声谱的转折频率。文中对 1 f噪声进行简单介绍后 ,叙述了 1 f噪声测试原理及系统组成 ,最后给出了典型的HgCdTe光导 光伏型探测器的 1 f噪声谱曲线 ,并对其进行了分析说明。

宽范围偏置电流下的GaAlAs红外发光二极管1/f噪声特性(英文)

在宽范围偏置条件下,测量了GaAlAs红外发光二极管(IRLED)的低频噪声,发现1/f噪声幅值与偏置电流的γ次方成正比,在小电流区,γ≈1,在大电流区γ≈2.基于载流子数涨落和迁移率涨落机制建立了一个GaAlAsIRLED1/f噪声模型,该模型的分析表明,低电流区GaAlAsIRLED的1/f噪声源于体陷阱对载流子俘获和发射导致的扩散电流涨落,高电流区的1/f噪声源于结空间电荷区附近氧化层陷阱对该处表面势的调制而引起载流子表面复合速率的涨落.该研究结果为1/f噪声表征GaAlAsIRLED的可靠性提供了实验基础与理论依据.

基于1/f噪声的NPN晶体管辐照感生电荷的定量分离

本文针对NPN双极性晶体管,在研究辐照感生的氧化层电荷及界面态对晶体管基极电流和1/f噪声的影响的基础上,建立辐照感生氧化层电荷及界面态与基极电流和1/f噪声的定量物理模型.根据所建立的模型,提出一种新的分离方法,利用1/f噪声和表面电流求出氧化层电荷密度,利用所求得氧化层电荷密度和表面电流求出界面态密度.利用本方法初步实现了辐照感生氧化层电荷及界面态的定量计算.

GaAlAs红外发光二极管1/f噪声研究

在宽范围偏置条件下,测量了GaAlAs红外发光二极管(IRLED)的低频噪声,发现1/f噪声幅值与偏置电流Irf的r次方成正比,在小电流区,r≈1,在大电流区r≈2。建立了一个GaAlAsIRLED的1/f噪声模型,得到与实验一致的定性结果。基于该模型的分析表明,低电流区GaAlAsIRLED的1/f噪声源于体陷阱对非平衡载流子俘获和发射导致的扩散电流涨落,高电流区的1/f噪声源于结空间电荷区附近氧化层陷阱对该处表面势的调制而引起载流子表面复合速率的涨落。该研究结果为1/f噪声表征GaAlAsIRLED的可靠性提供了实验基础与理论依据。

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 。

基于迁移率波动的MOSFET线性区域1/f噪声模型

统一的 1/f噪声模型 ,例如BSIM3模型 ,已经在噪声预测与分析中有着广泛的应用 ,在多数情况下有很好的效果 .然而文献 [1]中基于物理机理分析的研究表明 ,统一的 1/f噪声模型对处于线性区p MOSFET不能进行正确的描述 :当偏置电压Vgs增加时 ,该模型低估了噪声功率的增加 .据此 ,本文提出了一种基于物理机理的迁移率波动(MF) 1/f噪声模型 ,并给出了新MF模型与统一的 1/f噪声模型在线性区的仿真结果 .从仿真结果可以看出 ,新噪声模型更接近于测试的结果 .

1/f噪声的动力学统计理论

理论分析得知 :1f噪声的功率谱S(t)是确定的 ,在广度上发现了 1f噪声的新天地 ,在深度上获得普适关系式S(f)∝|logf|f 。

辐射源温度和1/f噪声对探测器D^＊值影响的理论分析

传统的红外系统设计理论直接引用D*,没有考虑D*的温度特性和红外系统中1/f噪声的影响,对此进行了修正。从探测率的物理特点出发,推导探测率D*与光谱探测率D*(λ)的关系式,当辐射源的温度与测试D*用的黑体温度不同时,引入波段探测率修正因子。同时,提出一种在1/f噪声成分大的条件下对窄带噪声测量的D*值进行修正的方法。在此基础上提出D*值的综合修正方法。所述数学模型可作为系统设计和性能评价的理论依据。