短溝道MOSFET散粒噪聲測試方法研究

變阻器R1和R2均屬于低噪聲線繞電位器，最大阻值均為10 kΩ，分別用于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也一并置于液氮裝置內，以降低其自身熱噪聲的影響。前置放大器采用美國EGG普林斯頓應用研究公司制造的PARC113型低噪聲前置放大器，放大增益范圍為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-可靠性分析系統”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。對于散粒噪聲分析，主要用到噪聲頻譜分析模塊。
通過具體測試對系統進行了驗證。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噪聲的干擾，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時熱噪聲被明顯抑制。同時測量了低溫下系統的背景噪聲，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，因此低溫下系統背景噪聲相對較小，可以忽略。本測試系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。