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高阻器材低频噪声测验技能与应用研究–低频噪声测验技能理论(二)

2.1.2.2散粒噪声在某些器件中会存在另外一种白噪声,这种白噪声不符合(2-4)式中热噪声的模型,并与器件有源区的载流子运动势垒有关,主要存在于二极管、双极晶体管、FET器件之中。由于这种噪声被扬声

2.1.2.2散粒噪声

在某些器材中会存在别的一种白噪声,这种白噪声不符合(2-4)式中热噪声的模型,并与器材有源区的载流子运动势垒有关,首要存在于二极管、双极晶体管、FET器材之中。因为这种噪声被扬声器扩大后听上去像铅弹打到水泥上,因而被称为散粒噪声或散弹噪声(shot noise)。散粒噪声是由器材中的自在载流子穿过势垒导致的,一切穿过势垒的电子发生的电流脉冲效应在微观上便体现为一个平均值必定的散粒噪声电流I,如下式所示:

由(2-5)式可导出散粒噪声的功率谱密度为:



(2-6)式中I是器材两头的直流电流,q为单位电荷。由此咱们能够看到散粒噪声的一些特性。(2-6)式阐明散粒噪声的功率谱密度与热噪声相同是常量,在功率谱密度坐标中是一条直线,该直线的量级与频率无关,因而散粒噪声同样是白噪声。从(2-6)式中咱们还能够看到散粒噪声的起伏与器材两头所加电流成正比,是电流的一次函数,这反映了散粒噪声与热噪声的一个重要差异,即散粒噪声的存在依赖于电应力。当器材两头不加电压时,无直流电流流过,依据(2-6)式,此刻器材两头散粒噪声为零,即没有电应力时,器材两头无散粒噪声。这里有一点值得注意,便是(2-6)式仅适用于中低频率。在高频时,散粒噪声会随频率的增高而添加,不再成为一条直线,因为在高频时少量载流子在势垒中的存在时刻对散粒噪声的影响不行疏忽。因为散粒噪声是一个与温度无关的物理量,因而下降温度对散粒噪声的影响不明显。若要下降散粒噪声的影响,只能经过下降器材两头的直流电压来完成。

2.1.2.3 1/f噪声

在四种噪声中,1/f噪声的研讨具有最重要的价值,因而它成为现在低频噪声研讨领域中研讨最深化,最多的噪声成分。1/f噪声是指电子器材或材猜中功率谱密度与频率成反比的噪声成分。

现在关于1/f噪声原因的研讨中有两种并行的理论,支撑两种理论的研讨者从前进行试验证明自己的理论并举出试验数据来证明另一种理论的过错[11],可是直到现在,1/f噪声的理论并不老练,原因仍不清晰。

迈克霍特在对1/f噪声的研讨中第一次测验对1/f噪声的来源做了解说,并提出了一种外表载流子涨落模型,随后这种模型不断被后来研讨者开展。这种理论以为1/f噪声的原因是半导体中的自在载流子被外表氧化层中的圈套所抓获,然后引起了载流子的涨落,这种涨落的微观体现便是1/f噪声。尽管这种理论核算得到的成果都与试验成果有必定差错,可是仍是被研讨者广泛承受。

外表载流子涨落模型不能解说许多体材猜中的1/f噪声。在这样的布景下,胡格提出了一种迁移率涨落模型来解说1/f噪声的原因,以为1/f噪声是由载流子迁移率涨落导致的。这种理论与体材猜中的1/f噪声特性是一起的,可是却不适用于一些结构杂乱的器材。

现在一般以为1/f噪声是由上述两种模型一起导致的,只不过不同的情况下不同的模型占有主导地位。1/f噪声的表达式如下:



(2-7)式中,I为经过器材的电流,A为跟器材性质有关的常量,α值为为0.8-1.2,一般取1,β一般取2.因而在对实践测得的功率谱密度进行剖析或曲线拟合时,研讨者们常会选用(2-7)式的简化方式:

1/f噪声的电压功率谱密度如图2.3所示[9]。图2.3中Y轴S v(f)为电压的功率谱密度,单位为V 2 /Hz.1/f噪声的范围在10 -6 Hz-10 5 Hz之间,其转机频率受热噪声幅值影响。胡格提出了一个闻名的经历公式:


该公式称为胡格公式。(2-9)式中,I是经过样品的电流;R是样品的电阻;N是样品中的载流子总数

是由迁移率涨落决议的参数。

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