闪烁噪声的监测，详解用SCS参数分析仪测试1/f噪声

作者：泰克科技

电子器件会有不同类型的噪声源，包括热噪声、白噪声和1/f噪声。1/f噪声是低频电子噪声，其电流（ISD）或功率（PSD）频谱密度与频率成反比，见下图典型噪声谱，前面是1/f噪声，大小和频率相反，后面是白噪声，均匀分布。由于1/f噪声反映了器件的质量、可靠性等参数 , 其研究越来越为人们所重视。



1/f噪声测试

为确定器件的1/f噪声，我们通常要测量电流相对于时间的关系，然后通过快速傅立叶变换（FFT）把数据转换到频域。为保证准确性，仪器本身噪声必须小于DUT噪声，所以测试方案推荐使用能测试极小电流的4200A-SCS。

源测量单元（SMU）和脉冲测量单元（PMU）是泰克4200A-SCS的两个模块，其在时域中测量及提供电流和电压。SMU和PMU以恒定速率获得测量数据，使用Clarius软件内置的FFT功能将时域电流数据转换成频域中的参数，完成1/f噪声测试。4200A-SCS拥有完整的测试库，可以方便地进行1/f噪声测试。

1/f噪声的最低频率由测试总时间决定，Bwmin=1/T， 这里T是测试总时间，比如T是100秒，则测试的最小频率是10m Hz；1/f 噪声的最高频率由采样率决定，BWmax=1/dt，这里dt是指采样间隔时间，1/f噪声测试要求测试采样间隔时间是固定的，比如采样率是1024S/s，则测试的最大频率是512Hz。



4200A的SMU和PMU都可以用于1/f噪声测试，SMU噪声要比PMU小，但SMU的电流测量速度要比PMU慢，因此最高测试频率SMU可以到80Hz以上，但PMU可以达到1KHz以上。所以实际测试时，要根据测试精度和最高测试频率来决定使用SMU还是PMU进行测试，也可利用SMU和PMU各自的优点组合使用。
我们可以根据DUT的情况选择两端口或三端口测试，也可以根据测试的精度和测试频率范围，选择使用SMU还是PMU，甚至两者的组合进行测试；以SMU为例，SMU1连接到栅极，给栅极加电压，SMU2连接到漏极，给漏极加电压，测量漏极电流：



1/f噪声测试项目及方案

4200A集成了多个Test，只需要进行简单参数修改即可直接使用；使用SMU可以在Clarius软件里搜索“smu-isd”，使用PMU可以直接在软件里搜索“pmu-isd”，三端口测试可以在软件里搜索“mosfet-isd”；为方便使用，可以将两端口、三端口，以及SMU、PMU各种测试Test集合组成一个Project，根据不同测试精度和测试频率选择使用。



搭建1/f噪声测试方案如下
        4200A主机及Clarius软件
        两个SMU+两个4200-PA
        (可选）一个PMU+两个RPM



泰克方案优势
•  10fA小电流测试能力
•  Clarius软件自带isd test，操作方便
•  不同模块组合测试1/f噪声，优化速度与精度

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