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。

MOS器件1/f噪声的热激发模型

本文推广应用随机开关理论,建立了MOS器件1/f噪声的双态系统理论,提出了确定载流子俘获与释放过程时间常数的方法,在此基础上推导出MOS器件热激发模型的1/f噪声表达式,给出了迄今比较完整的温度因子和偏置因子表示式。本理论能够解释迄今发表的低温下MOS器件1/f噪声的许多实验结果,由此表明,热激发模型有可能更接近1/f噪声的物理本质。

钙钛矿结构锰氧化物薄膜材料的低频1/f噪声研究

针对A位掺杂钙钛矿结构锰氧化物(A_(1-x)BxMnO_3)薄膜材料的微弱低频1/f噪声信号检测,采用基于双通道信号互相关运算的测试方法,有效消除了接触噪声对本底噪声的影响。通过对薄膜样品La_(0.7)Sr_(0.3)MnO_3的低频1/f噪声和电阻率测量,揭示了由不同衬底材料、不同厚度所引起的薄膜晶格内部应力变化对载流子输运机制的影响。结果表明,薄膜样品的1/f噪声水平和导电特性与材料厚度变化密切相关,La_(0.7)Sr_(0.3)MnO_3/SrTiO_3样品在临界厚度下表现出较低的1/f噪声;而La_(0.7)Sr_(0.3)MnO_3/SrTiO_3/Si样品随着厚度增大,其1/f噪声不断优化。上述结论对基于磁性材料的新型传感器的研制具有重要的参考意义。

用于检测1/f电噪声的低噪声放大器设计与仿真

1/f低频电噪声是评估半导体器件质量和寿命的一个重要因素。由于1/f低频电噪声极其微弱,为了检测它,同时最大程度降低放大器的本底噪声,低噪声放大器的设计和实现是至关重要的一个环节。针对1/f低频电噪声信号的特性,在现有低噪声放大器基础上进行优化改进,设计出一款频率极低的低噪声放大器,在0.1 Hz^100 kHz频率下具有高增益和低噪声特性。仿真结果表明,在10Hz处噪声系数达到1.80 d B。

低温双极晶体管的低温1／f噪声

对自行研制的低温晶体管于液氮温度下进行了低频噪声测量，结果表明：与室温相比１／ｆ噪声显著增大．根据１／ｆ噪声理论，并参照器件室温和低温下ＩＢ～ＶＢＥ曲线的不同，认为在低温下ＥＢ结正向压降增大和载流子的冻折效应是使该器件１／ｆ噪声等效输入电流功率谱密度变大的主要原因．

新的晶圆级1/f噪声测量法

提出了一种新的可靠的晶圆级1/f噪声测量方法和架构。测试架构采用了吉时利的一系列仪器,包括4200-SCS、428和一个低通滤波器,并且采用了吉时利的自动特征分析套件(ACS)软件来控制测量仪器的操作,采集/分析测得的数据。由于所用的低通滤波器能够消除所有高于0.5Hz的噪声,因此大大提高了1/f噪声的测量精度。利用这一测量架构能够在各种偏压条件下评测具有不同尺寸的nMOS和pMOS器件的1/f噪声特征。

MOSFET表面态噪声研究

本文在导出MOSFET全工作域表面态噪声谱密度通用表示式的基础上,进一步推得MOSFET 1/f噪声谱密度的实用公式,适用于强、弱反型从线性区直到饱和区的各种工作状态。理论很好地符合噪声谱频率因子实验、偏置电压实验及器件尺寸实验。研究表明,本文提出的理论公式具有实际应用的价值,可望作为描述表面态噪声特性的基础公式。

基于f-x域时频非凸正则化低秩矩阵近似的共偏移距道集去噪方法

随机噪声压制是地震数据处理的关键环节,而时频稀疏低秩近似算法逐道处理地震数据过程中无法利用信号的道间相干性。为此,将时频稀疏低秩近似与f-x域去噪结合,提出一种f-x域时频非凸正则化低秩矩阵近似算法。该算法对f-x域中每一单频分量作时频分解后,再对时频系数矩阵作低秩矩阵近似计算,能够利用信号和噪声的时频谱差异实现非平稳信号去噪处理。与共炮点道集和共中心点道集相比,共偏移距道集具有平缓甚至接近水平的同相轴结构,基本满足f-x域去噪的线性同相轴假设前提,建议将所提算法应用于共偏移距道集去噪处理。通过数值模拟和实际地震数据试算,证明本文方法能够有效压制随机噪声,同时保持有效信号不被损害。

基于隧穿磁阻效应的宽频微小量程电流传感器设计及噪声分析

针对电网中微弱电流的测量需求,研制了基于隧穿磁阻效应的百μA级无接触式微电流传感器,并对微电流传感器进行低噪声设计,包括电源模块、放大模块、调零和输出模块。测试了采用不同传感芯片传感器的微弱电流探测能力,其最小可测电流幅值为280μA,对应传感器的带宽达10 kHz。并对传感器系统各模块的噪声水平进行了测量分析与计算,结果表明隧穿磁阻芯片的1/f噪声(低频噪声)是限制传感器最小可测电流幅值的主要因素。该微电流传感器可以适应智能电网微弱电流测量需求。

镍铬薄膜电阻器噪声特性研究

薄膜电阻器的低频噪声有别于常规电阻器的噪声特征,与其结构和工艺密切相关。通过溅射工艺生产的阻值为1.5k?镍铬薄膜电阻器分别在生产完成和1000h老化试验之后进行了低频噪声测量和分析得到器件低频噪声特征,结合电子元器件低频噪声理论探讨了器件中各种噪声成分的来源及产生机制并给出该镍铬薄膜电阻生产线降低噪声的工艺手段。并讨论了电迁移损伤对1/f噪声特征的影响,指出噪声的异常波动对电迁移损伤具有明确的指示作用。

SiGe HBT噪声的研究进展

噪声对RF电路设计非常关键,故需要对SiGe HBT噪声特性进行深入研究。根据器件的高频噪声模型,指出了影响SiGe HBT高频噪声参数的主要因素,论述了优化设计的具体方法;举例说明尺寸缩小使得高频噪声性能已经达到了GaAs pHEMT的水平,fT达到了375 GHz。分析了SiGe HBT低频噪声的机理和模型及其与几何尺寸的关系,指出用fC/fT表达低频噪声性能更合适;举例说明小尺寸效应使得SiGe HBT的低频噪声偏离了1/f噪声形式。

基于低频噪声的LED寿命衰减研究

低频噪声可用来测量LED器件的噪声功率谱,从而能够对器件结构中的缺陷态进行深层次的检测和分析。这种检测具有对器件无损伤、快速测量的优点,又反映了器件结构本身的内部特性,具有良好的应用前景。系统介绍了低频噪声的产生机理及数学模型,并全面分析基于GaN和基于GaAs的LED器件的1/f噪声和GR噪声的功率谱表征的研究成果。从低频噪声表征可以观察到,LED的工作性能完全可以通过1/f和G-R噪声功率谱来分析检测。影响LED器件寿命的主要原因在于有源区内的暗斑以及有源区内外的缺陷态。暗斑和缺陷态的影响衰减的机理还未得到确定解释。

功率场效应晶体管的低频噪声检测方法

针对目前国内功率VDMOS器件成品率低、可靠性差等问题,采用低频噪声无损检测方法,通过分析功率VDMOS器件低频噪声的产生机理及特性,设计了低频噪声测试的偏置电路并建立了一套低频噪声测试系统。提出了一种基于小波熵的低频噪声检测方法,解决了所测低频噪声容易被测试系统白噪声淹没而造成低频噪声检测准确性低的弊端。通过仿真,验证了小波熵检测方法可以有效检测低频噪声。

AlGaAs/GaAs HBT的低频噪声

测试了AlGaAs／GaAsHBT的低频噪声，并将测试结果分解为1／f噪声、G－R噪声和白噪声，阐述了它们的产生机理，在此基础上建立了AlGaAs／GaAsHBT输入噪声电压的等效电路模型，该模型有助于AlGaAs／GaAsHBT电路的CAD。

基于电/磁转换的海洋电场检测方法

传统的直接电测量方法受1/f噪声限制,在低频处信号与噪声发生混叠,难以实现高水平低噪声测量。该文提出一种基于电/磁转换的海洋电场低噪声检测方法,将电信号转化为磁信号,通过微机械的方法将磁信号调制到高频,有效避开低频1/f噪声影响。设计一种实现电/磁转换功能的微机械结构,利用TMR电阻构成惠斯通电桥测量磁信号,实现海洋电场的高水平低噪声检测。仿真与实验结果在1 Hz处噪声分别达到1.16 nV/(Hz)^(1/2)和1.41 nV/(Hz)^(1/2),优于传统电测量方案的噪声水平,验证该方法的有效性。

速度传感反馈地震计工作线圈与第一级运放参数的噪声匹配

合理选择速度传感反馈地震计的工作线圈参数,使之与第一级运算放大器的噪声参数"匹配",就可以设计出自身噪声较低的反馈地震计。探讨了在追求地震计自身噪声最低的前提下工作线圈参数与第一级运放噪声参数之间的关联匹配问题,并给出了定量计算公式。本文用等效地动速度来研究反馈地震计的噪声问题,不仅避免了不同反馈方案的影响,而且使研究结果可直接与最安静台址噪声谱对比,效果直观明了。

锑基异质结晶体管的总剂量效应和低剂量率损伤增强效应

锑化物异质结晶体管是新型的高速低功率电子器件,航天上具有良好的应用前景,但是对其耐辐照能力的研究并不深入。本文利用低频噪声和霍尔效应首次研究了分子束外延生长的锑基异质结晶体管在1.95×10^(-1) Gy·s^(-1)和1.50×10^(-2) Gy·s^(-1)低剂量率下的γ辐照效应。结果显示,在300 Gy(Si)~1500 Gy(Si)总吸收剂量范围内,表征缺陷浓度的噪声功率谱密度较之辐照前变小,辐照前后噪声功率谱密度差值随着吸收剂量的增大而缓慢增大,噪声功率谱密度、载流子迁移率和载流子浓度在不同的吸收剂量率之间没有明显差异。上述结果表明γ辐照下锑基异质结晶体管未表现出明显低剂量率损伤增强效应,虽然存在微弱的总剂量效应,但是总体而言γ辐射使得锑基异质结晶体管性能变得更为优良,其载流子迁移率较之辐照前增大了1.35%~6.48%,载流子浓度较之辐照前增大了1.43%~6.88%。

AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管器件电离辐照损伤机理及偏置相关性研究

本文利用 60Co γ射线,针对 AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(high-electron mobility transistors,HEMT)器件,开展了在不同偏置下器件电离辐照总剂量效应实验研究.采用1/f噪声结合直流电学特性参数对实验结果进行测量分析,分析结果表明,受到辐照诱生氧化物缺陷电荷与界面态的影响,当辐照总剂量达到1 Mrad(Si)时,零偏条件下AlGaN/GaN HEMT器件的电学参数退化得最大,其中,饱和漏电流减小36.28%,最高跨导降低52.94%;基于McWhorter模型提取了AlGaN/GaN HEMT器件辐照前后的缺陷密度,零偏条件下辐照前后缺陷密度变化最大,分别为4.080 × 1017和6.621 × 1017 cm–3·eV–1.其损伤机理是在氧化物层内诱生缺陷电荷和界面态,使AlGaN/GaN HEMT器件的平带电压噪声功率谱密度增加.

一种适用于低频小信号检测的放大电路

针对微传感器输出的低频小信号,提出了一种基于"调制-放大-解调"思路的放大电路。该电路利用乘法器将输入信号调制至高频段放大,可以显著降低电路的低频噪声影响。相较于目前常用的斩波放大器,该电路可以克服时钟同步困难以及低频谐波分量干扰较大的缺点。该电路基于CSMC 0.5μm Mixed Signal工艺设计,仿真结果显示,在5V的工作电压下,可实现100倍以上放大,1/f噪声得到有效抑制。

PbS红外探测器的低频噪声特性研究

PbS红外探测器的研究开始较早,由于其室温的优越性,至今应用仍很广泛。然而噪声严重影响了其性能,因此其噪声的研究目前很受重视。首先阐述了光导探测器的低频噪声理论;其次给出一简便而实用的PbS红外探测器低频噪声测量系统;最后在PbS红外探测器低频噪声实际测量和分析的基础上,分析了其低频噪声产生机理、偏压特性与温度特性,从而为改善器件质量提供了理论依据。