閃爍噪聲的監測，詳解用SCS參數分析儀測試1/f噪聲
2023-08-29 13:27:43 泰克電子器件會有不同類型的噪聲源，包括熱噪聲、白噪聲和1/f噪聲。1/f噪聲是低頻電子噪聲，其電流（ISD）或功率（PSD）頻譜密度與頻率成反比，見下圖典型噪聲譜，前面是1/f噪聲，大小和頻率相反，后面是白噪聲，均勻分布。由于1/f噪聲反映了器件的質量、可靠性等參數 , 其研究越來越為人們所重視。
1/f噪聲測試
為確定器件的1/f噪聲，我們通常要測量電流相對于時間的關系，然后通過快速傅立葉變換（FFT）把數據轉換到頻域。為保證準確性，儀器本身噪聲必須小于DUT噪聲，所以測試方案推薦使用能測試極小電流的4200A-SCS。
源測量單元（SMU）和脈沖測量單元（PMU）是泰克4200A-SCS的兩個模塊，其在時域中測量及提供電流和電壓。SMU和PMU以恒定速率獲得測量數據，使用Clarius軟件內置的FFT功能將時域電流數據轉換成頻域中的參數，完成1/f噪聲測試。4200A-SCS擁有完整的測試庫，可以方便地進行1/f噪聲測試。
1/f噪聲的最低頻率由測試總時間決定，Bwmin=1/T， 這里T是測試總時間，比如T是100秒，則測試的最小頻率是10m Hz；1/f 噪聲的最高頻率由采樣率決定，BWmax=1/dt，這里dt是指采樣間隔時間，1/f噪聲測試要求測試采樣間隔時間是固定的，比如采樣率是1024S/s，則測試的最大頻率是512Hz。
4200A的SMU和PMU都可以用于1/f噪聲測試，SMU噪聲要比PMU小，但SMU的電流測量速度要比PMU慢，因此最高測試頻率SMU可以到80Hz以上，但PMU可以達到1KHz以上。所以實際測試時，要根據測試精度和最高測試頻率來決定使用SMU還是PMU進行測試，也可利用SMU和PMU各自的優點組合使用。
我們可以根據DUT的情況選擇兩端口或三端口測試，也可以根據測試的精度和測試頻率范圍，選擇使用SMU還是PMU，甚至兩者的組合進行測試；以SMU為例，SMU1連接到柵極，給柵極加電壓，SMU2連接到漏極，給漏極加電壓，測量漏極電流：
1/f噪聲測試項目及方案
4200A集成了多個Test，只需要進行簡單參數修改即可直接使用；使用SMU可以在Clarius軟件里搜索“smu-isd”，使用PMU可以直接在軟件里搜索“pmu-isd”，三端口測試可以在軟件里搜索“mosfet-isd”；為方便使用，可以將兩端口、三端口，以及SMU、PMU各種測試Test集合組成一個Project，根據不同測試精度和測試頻率選擇使用。
搭建1/f噪聲測試方案如下
? 4200A主機及Clarius軟件
? 兩個SMU+兩個4200-PA
? (可選）一個PMU+兩個RPM
泰克方案優勢
? 10fA小電流測試能力
? Clarius軟件自帶isd test，操作方便
? 不同模塊組合測試1/f噪聲，優化速度與精度
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