MOS管異響-電流噪聲解析-KIA MOS管
信息來(lái)源:本站 日期:2021-04-21
MOS器件的本底噪聲是器件中電壓和電流的自發(fā)漲落,與電子電荷的離散性緊密相關(guān)。
噪聲的影響受器件及其所在電路放大能力的限制。
外界噪聲可以通過(guò)適當的屏蔽處理進(jìn)行減弱或消除,但是本底噪聲由器件自發(fā)產(chǎn)生,不能完全消除。
MOSFET中的噪聲:MOS器件的本底噪聲包括熱噪聲(Thermal Noise) 、散粒噪聲(Shot Noise) 和閃爍噪聲(Flicker noise)
溝道的熱噪聲會(huì )產(chǎn)生誘生柵極噪聲。
熱噪聲
熱噪聲(Thermal Noise)在任何熱平衡的電阻中都存在。其物理本質(zhì)是電子與熱激發(fā)原子的隨機碰撞,類(lèi)似于小顆粒在液體中的布朗運動(dòng)。
對于布朗運動(dòng)的處理,采用平衡態(tài)統計力學(xué)處理。
散粒噪聲
散粒噪聲(Shot Noise) 與隨機越過(guò)勢壘的載流子有關(guān)。
在半導體器件中,越過(guò)PN結的載流子的隨機擴散以及電子空穴對的隨機產(chǎn)生和復合導致流過(guò)勢壘的電流在其平均值附近隨機漲落,引起散粒噪聲。
散粒噪聲存在于真空管和半導體器件中。
肖特基推導了散粒噪聲電流公式:
IDC為通過(guò)勢壘的平均直流電流。
同樣,散粒噪聲譜密度與頻豐無(wú)關(guān),所有頻率上具有相同的噪聲功率,散粒噪聲同樣也是白噪聲。
散粒噪聲只與通過(guò)勢壘的平均直流電流有關(guān)。因此,為了減少散粒噪聲的不利影響,流過(guò)器件的直流電流應越小越好,尤其是放大器的前置級。
閃爍噪聲
電子器件的閃爍噪聲(Flicker Noise)是由兩種導體的接觸點(diǎn)電導的隨機漲落引起的。
凡是有導體接觸不理想的器件都存在閃爍噪聲,所以又稱(chēng)為接觸噪聲。由于其功率譜密度正比于1/f,頻率越低噪聲越嚴重,所以又稱(chēng)為1/f噪聲或低頻噪聲。
1925年,J.B.Johnson 在“低頻電路中的肖特基效應”的論文中第一次提出了“1/f噪聲”這一術(shù)語(yǔ)。在考查肖特基效應時(shí),J.B.Johnson發(fā)現除了散粒噪聲以外,在低頻部分還有較強烈的電流噪聲。若使用氧化物陰極,該電流就更大。
經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的實(shí)驗,J.B.Johnson 還發(fā)現這個(gè)在低頻部分的電流噪聲的功率譜密度和頻率f成反比,因此,他把這種噪聲稱(chēng)作“1/f噪聲”,即閃爍噪聲。
1/f噪聲在自然界中廣泛存在,不僅出現在半導體、金屬薄膜、電解液中,還以非電子形式出現在機械和生物系統中。
人在安靜狀態(tài)下的心跳周期的波動(dòng)規律以及α腦波的波動(dòng)規律與1/f波動(dòng)規律相吻合,因此1/f波動(dòng)作用在人身上會(huì )令人感到舒服。
自然風(fēng)的頻譜符合1/f波動(dòng)規律,使人感覺(jué)輕松舒適。
詳細的噪聲源機制尚不完全清楚,但一般來(lái)講,半導體器件中的1/f噪聲是由晶體結構中雜質(zhì)的缺陷引起的各種效應產(chǎn)生的。在MOS結構中,1/f噪聲與定期捕獲和釋放載流子的氧化物表面狀態(tài)有關(guān)。
MOS中的閃爍噪聲由晶體缺陷、表面態(tài)或表面不穩定性產(chǎn)生。其功率譜密度S(f)一般滿(mǎn)足關(guān)系。
K、EF為常數,一般情況下EF≈1,即閃爍噪聲與頻率成反比。
閃爍噪聲在所有半導體器件甚至電阻等無(wú)源器件中均存在,其發(fā)生沒(méi)有統一的物理機制解釋。因此,需要通過(guò)實(shí)驗確定K和EF。
對于的MOS中的閃爍噪聲,已經(jīng)有一定研究進(jìn)展。
主要噪聲源:
①溝道熱噪聲(與頻率無(wú)關(guān));
②誘生柵極噪聲(與頻率的平方成正比);
③與表面等有關(guān)的1/f噪聲(與頻率成反比)。
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