哈工大器件原理-第八章噪声特性课件.ppt

1、1第八章 噪声特性8.1 晶体管的噪声和噪声系数晶体管的噪声和噪声系数8.2 晶体管的噪声源晶体管的噪声源8.3 双极型晶体管的噪声双极型晶体管的噪声8.4 JFET与与MESFET的噪声特性的噪声特性8.5 MOSFET的噪声特性的噪声特性2一、信噪比一、信噪比二、噪声系数二、噪声系数NSPP噪声功率噪声功率信号功率信号功率信（号）噪（声）比信（号）噪（声）比NipNoNoSoNiSiPKPPPPPF 输输出出端端信信噪噪比比输输入入端端信信噪噪比比8.1 晶体管的噪声和噪声系数晶体管的噪声和噪声系数信号，噪声信号，噪声噪声限制了晶体管放大微弱信号的能力。噪声限制了晶体管放大微弱信号的能力。

2、噪声叠加在不同的信号上将产生不同程度的影响噪声叠加在不同的信号上将产生不同程度的影响为了衡量噪声对信号影响程度而定义为了衡量噪声对信号影响程度而定义信噪比信噪比 晶体管本身产生噪声，因此其工作时，输入、输出端晶体管本身产生噪声，因此其工作时，输入、输出端信噪比不同。定义噪声系数反映晶体管本身产生噪声的大信噪比不同。定义噪声系数反映晶体管本身产生噪声的大小。小。3NipNoNoSoNiSiPKPPPPPF 输输出出端端信信噪噪比比输输入入端端信信噪噪比比噪声系数可看作：噪声系数可看作：单位功率增益下，晶体管噪声功率的放大系数。即晶体管无单位功率增益下，晶体管噪声功率的放大系数。即晶体管无功率放大

3、作用时，噪声功率增大的倍数，功率放大作用时，噪声功率增大的倍数，总输出噪声功率与被放大的信号源噪声功率之比。总输出噪声功率与被放大的信号源噪声功率之比。噪声系数越接近于噪声系数越接近于1，晶体管噪声水平越低，晶体管噪声水平越低噪声系数也可用分贝表示噪声系数也可用分贝表示FNFlg10 晶体管自身噪声相当大。例晶体管自身噪声相当大。例3AG47,NF6db,F=4 输出噪声功率中输出噪声功率中75%来自于晶体管本身。来自于晶体管本身。48.2 晶体管的噪声源晶体管的噪声源一、热噪声一、热噪声(Thermal noise)已知晶体管中的基本噪声机构有三种：热噪声、散粒噪声和已知晶体管中的基本噪声机

4、构有三种：热噪声、散粒噪声和1/f噪声噪声载流子的无规则热运动叠加在规则的运动上形成热噪声载流子的无规则热运动叠加在规则的运动上形成热噪声也称约翰逊噪声也称约翰逊噪声(Johnson noise)任何电子元件均有热噪声任何电子元件均有热噪声热噪声与温度有关热噪声与温度有关温度升高，热运动加剧温度升高，热运动加剧热噪声与电阻有关热噪声与电阻有关载流子运动本身是电流，电阻大，电压高载流子运动本身是电流，电阻大，电压高载流子热运动为随机过程，平均值为零，用统计值载流子热运动为随机过程，平均值为零，用统计值均方值表示均方值表示频谱密度与频率无关的噪声称为白噪声，热噪声是白噪声频谱密度与频率无关的噪声称

5、为白噪声，热噪声是白噪声58.2 晶体管的噪声源晶体管的噪声源一、热噪声一、热噪声(Thermal noise)已知晶体管中的基本噪声机构有三种：热噪声、散粒噪声和已知晶体管中的基本噪声机构有三种：热噪声、散粒噪声和1/f噪声噪声尼奎斯公式尼奎斯公式(Nyquist)fSfkTRufSfkTGiVthith 4422其中，其中，ith短路噪声电流短路噪声电流 uth开路噪声电压开路噪声电压单位频率间隔内的噪声强度称为噪声的单位频率间隔内的噪声强度称为噪声的频谱密度频谱密度噪声电压的功率谱密度噪声电压的功率谱密度噪声电流的功率谱密度噪声电流的功率谱密度kTGfiSkTRfuSthithV4422

6、 6热噪声等效电路热噪声等效电路无无噪噪声声电电阻阻串串联联而而成成的的热热噪噪声声电电压压源源和和一一个个用用一一个个fkTR 4R（无噪声（无噪声)fkTR 4尼奎斯公式条件：尼奎斯公式条件：1、电子与晶格处于热平衡状态、电子与晶格处于热平衡状态2、电子的能量分布服从波尔兹曼分布、电子的能量分布服从波尔兹曼分布电场较强时，高能态电子数增多，可近似电场较强时，高能态电子数增多，可近似1、用、用电子温度电子温度取代平衡温度取代平衡温度2、用随电场强度变化的、用随电场强度变化的微分迁移率微分迁移率代替常数迁移率代替常数迁移率 对尼奎斯公式修正，得对尼奎斯公式修正，得增强约翰逊噪声增强约翰逊噪声

7、多能谷结构材料中的多能谷结构材料中的谷间散射噪声谷间散射噪声78.2 晶体管的噪声源晶体管的噪声源二、散粒噪声二、散粒噪声(shot noise)已知晶体管中的基本噪声机构有三种：热噪声、散粒噪声和已知晶体管中的基本噪声机构有三种：热噪声、散粒噪声和1/f噪声噪声 1918年肖特基发现于电子管中，起源于电子管阴极发射电子年肖特基发现于电子管中，起源于电子管阴极发射电子数目的无规则起伏。数目的无规则起伏。在半导体中，在半导体中，散粒噪声通常指由于载流子的产生、复合的涨散粒噪声通常指由于载流子的产生、复合的涨落使越过落使越过p-n结势垒的载流子数目起伏所引起的噪声。结势垒的载流子数目起伏所引起的噪

8、声。fqIish 22 其功率谱密度与频率其功率谱密度与频率无关，也属白噪声。无关，也属白噪声。r0（无噪声无噪声)fkTrush 02 fqIish 2 r0（无噪声无噪声)fkTrush 022 88.2 晶体管的噪声源晶体管的噪声源三、产生三、产生-复合噪声复合噪声(1/f 噪声噪声)已知晶体管中的基本噪声机构有三种：热噪声、散粒噪声和已知晶体管中的基本噪声机构有三种：热噪声、散粒噪声和1/f噪声噪声(Generation-recombination noise)半导体器件特有的噪声半导体器件特有的噪声由于其功率谱密度近似与频率成反比，也称由于其功率谱密度近似与频率成反比，也称1/f噪声

9、。噪声。出现在出现在106Hz的频率范围，普通硅平面管中，在的频率范围，普通硅平面管中，在103Hz以下明显以下明显ffKIinf 2产生原因可能与晶体结构的不完整性和表面稳定性有关。产生原因可能与晶体结构的不完整性和表面稳定性有关。晶格缺陷、位错、高浓度晶格缺陷、位错、高浓度P、B扩散造成晶体压缩应变等扩散造成晶体压缩应变等 表面能级、界面热应力诱发缺陷、界面处带电粒子移动以及表面表面能级、界面热应力诱发缺陷、界面处带电粒子移动以及表面反型层的产生或变化。反型层的产生或变化。产生产生-复合机构引起的产生复合机构引起的产生-复合过程复合过程98.3 双极型晶体管的噪声双极型晶体管的噪声一、噪声

10、源一、噪声源1.热噪声热噪声2.散粒噪声散粒噪声3.1/f噪声噪声4.其它噪声源其它噪声源 三个区的体电阻、三个电极接触电阻都产生热噪声，但以三个区的体电阻、三个电极接触电阻都产生热噪声，但以rb影响影响最大，因为处于输入回路，且数值最大。最大，因为处于输入回路，且数值最大。产生产生-复合作用对多子影响不大。双极型晶体管以少子传输电流，复合作用对多子影响不大。双极型晶体管以少子传输电流，其散粒噪声通过发射效率和基区输运系数的不规则起伏反映到输出端其散粒噪声通过发射效率和基区输运系数的不规则起伏反映到输出端 集电极反向饱和电流也产生散粒噪声集电极反向饱和电流也产生散粒噪声 表面缺陷状态、表面氧化

11、硅膜中表面缺陷状态、表面氧化硅膜中Na+及发射结附近缺陷都会产生及发射结附近缺陷都会产生1/f噪声。此外，与重金属杂质掺入发射区有关的噪声。此外，与重金属杂质掺入发射区有关的淬发噪声淬发噪声引线接触噪声：引线接触不良造成接触电阻不稳定引线接触噪声：引线接触不良造成接触电阻不稳定雪崩噪声：反偏太高，集电结的雪崩倍增引起雪崩噪声：反偏太高，集电结的雪崩倍增引起108.3 双极型晶体管的噪声双极型晶体管的噪声二、散粒噪声与噪声电流二、散粒噪声与噪声电流1.p-n 结二极管的散粒噪声结二极管的散粒噪声假设全部电流是由空穴携带的假设全部电流是由空穴携带的分为三个分量：分为三个分量：由由p区注入到区注入到

12、n区，并被电极端区，并被电极端 收集的空穴收集的空穴在在n区产生，被自建场漂移到区产生，被自建场漂移到p区区 并被电极端收集的空穴并被电极端收集的空穴从从p区注入区注入n区，在区，在n区复合或到达电极之前因扩散运动又返回区复合或到达电极之前因扩散运动又返回p区的空区的空 穴，对电流没有贡献，但对高频电导有贡献穴，对电流没有贡献，但对高频电导有贡献)1(kTqVRFeIIkTqVReIRI p-n结中载流子扩散和漂移的动态平衡结中载流子扩散和漂移的动态平衡11二极管低频电导：二极管低频电导：)(0RkTqVRIIkTqekTqIdVdIg 高频下的本征导纳：高频下的本征导纳：jXGjkTqIYp

13、pF 21)1(2121)1(21212122212122 随频率升高而增大随频率升高而增大kTqVReIRI 受外加电压调制，对电导的贡献是受外加电压调制，对电导的贡献是g0与外加电压无关，是自建场漂移作用，对电导没有贡献与外加电压无关，是自建场漂移作用，对电导没有贡献两部分独立起伏产生散粒噪声两部分独立起伏产生散粒噪声fIIqfqIfIIqRRR )2(22)(2 12于是，于是，p-n结二极管总的结二极管总的噪声电流均方值噪声电流均方值为为fqIkTGfgGkTfIIqiRn )24()(4)2(202 引起两个极性相反的脉冲，其间隔为空穴在引起两个极性相反的脉冲，其间隔为空穴在n区无规

14、则停留时区无规则停留时间，因此受外加高频电压调制，对高频本征电导有贡献间，因此受外加高频电压调制，对高频本征电导有贡献因扩散过程是热运动过程，故产生热噪声因扩散过程是热运动过程，故产生热噪声fgGkT)(40)(0RIIkTqg )(000000npnpnpRpnnpkTqVLnqDLpqDAInnppeD )1)()1(00 kTqVnpnpnpkTqVReLnqDLpqDAeII138.3 双极型晶体管的噪声双极型晶体管的噪声二、散粒噪声与噪声电流二、散粒噪声与噪声电流2.晶体管散粒噪声晶体管散粒噪声 仅考虑空穴的运动：仅考虑空穴的运动：从发射极注入到基区的空穴从发射极注入到基区的空穴基区

15、中产生并被发射极收集的空穴基区中产生并被发射极收集的空穴发射区注入到基区，未被收集或复合，又返回发射区的空穴发射区注入到基区，未被收集或复合，又返回发射区的空穴在基区产生并被集电极收集的空穴在基区产生并被集电极收集的空穴148.3 双极型晶体管的噪声双极型晶体管的噪声二、散粒噪声与噪声电流二、散粒噪声与噪声电流2.晶体管散粒噪声晶体管散粒噪声低频发射极噪声电流均方值：低频发射极噪声电流均方值：)()24(002BEEeEeneIIkTqgfqIkTgi 为低频发射结电导为低频发射结电导集电极噪声电流均方值：集电极噪声电流均方值：fqIfIIIqiCBCBEEDCnc 2)(22 158.3 双

16、极型晶体管的噪声双极型晶体管的噪声三、晶体管的噪声频谱特性三、晶体管的噪声频谱特性普遍规律：普遍规律：在噪声频谱特性曲线的在噪声频谱特性曲线的低频和高频区，噪声系数都低频和高频区，噪声系数都有明显变化，在中频区，噪有明显变化，在中频区，噪声系数最小，且基本不随频声系数最小，且基本不随频率变化。率变化。定义：定义：fL：低频区噪声转角频率。低频区噪声转角频率。fH：高频区噪声转角频率。高频区噪声转角频率。低频区主要由低频区主要由1/f噪声构成。噪声构成。中频区称为白噪声区中频区称为白噪声区高频区噪声系数再次上升是由于功率高频区噪声系数再次上升是由于功率 增益下降所致增益下降所致16为共基极截止频

17、率为共基极截止频率为信号源内阻，为信号源内阻，其中，其中，fRrRrrRGfGhGRrRrffgegebgFEgegbHL2)()21(Hz1200500221 *噪声系数与工作条件密切相关噪声系数与工作条件密切相关改善噪声特性：改善噪声特性：1、降低白噪声区、降低白噪声区2、提高高频噪声转角频率、提高高频噪声转角频率 rb、f、hFE178.4 JFET与与MESFET的噪声特性的噪声特性一、一、JFET与与MESFET噪声源噪声源（三）（三）1/f 噪声噪声二、二、JFET的噪声性能的噪声性能（一）热噪声（一）热噪声（二）散粒噪声（二）散粒噪声（一）低频噪声性能（一）低频噪声性能（二）中、

18、高频噪声性能（二）中、高频噪声性能 1.沟道热噪声沟道热噪声 2感应栅噪声感应栅噪声（三）噪声系数（三）噪声系数三、微波三、微波GaAs MESFET的噪声性能的噪声性能（一）衡量（一）衡量GaAs MESFET噪声性能的经验公式噪声性能的经验公式（二）提高噪声性能的途径（二）提高噪声性能的途径188.4 JFET与与MESFET的噪声特性的噪声特性一、一、JFET与与MESFET噪声源噪声源3、1/f 噪声噪声1、热噪声、热噪声2、散粒噪声、散粒噪声沟道区存在电阻，产生沟道热噪声沟道区存在电阻，产生沟道热噪声金属电极、源和漏的串联体电阻产生热噪声金属电极、源和漏的串联体电阻产生热噪声当沟道电

19、场较强，载流子迁移率下降，但未达到饱和速度时，计入当沟道电场较强，载流子迁移率下降，但未达到饱和速度时，计入 增强约翰逊噪声增强约翰逊噪声速度饱和区强场下，载流子与晶格碰撞，速度饱和区强场下，载流子与晶格碰撞，扩散噪声扩散噪声通过反偏栅结势垒的电流起伏产生散粒噪声通过反偏栅结势垒的电流起伏产生散粒噪声起源于起源于栅结势垒区栅结势垒区和和沟道区沟道区载流子的产生载流子的产生-复合两方面复合两方面19栅结势垒区复合中心发射与俘获载流子，引起栅结耗尽层中电荷的栅结势垒区复合中心发射与俘获载流子，引起栅结耗尽层中电荷的 起伏，导致耗尽层宽度的变化，调制沟道电导，形成漏极噪声电流起伏，导致耗尽层宽度的变

20、化，调制沟道电导，形成漏极噪声电流 栅结势垒区的产生栅结势垒区的产生-复合过程的起伏产生两种噪声：复合过程的起伏产生两种噪声：通过调制耗尽层宽度形成漏极噪声电流：通过调制耗尽层宽度形成漏极噪声电流：1/f噪声（缺陷产噪声（缺陷产 生复合中心的产生生复合中心的产生-复合复合 直接形成栅极噪声电流：散粒噪声（本征的产生直接形成栅极噪声电流：散粒噪声（本征的产生-复合）复合）沟道区复合中心、沟道区施主或受主中心以及表面态均可能发射与沟道区复合中心、沟道区施主或受主中心以及表面态均可能发射与 俘获载流子。这些过程的起伏直接造成载流子数目的起伏，产生漏俘获载流子。这些过程的起伏直接造成载流子数目的起伏，

21、产生漏 极噪声电流。极噪声电流。208.4 JFET与与MESFET的噪声特性的噪声特性二、二、JFET的噪声性能的噪声性能1、低频噪声性能、低频噪声性能等效噪声电阻等效噪声电阻Rn:实际测量噪声电压实际测量噪声电压(均方值均方值)含含有各种成分，同时不同样品电阻不有各种成分，同时不同样品电阻不同。统一用等效电阻来比较，即用同。统一用等效电阻来比较，即用热噪声的电阻来等效比较噪声水平热噪声的电阻来等效比较噪声水平低频噪声（噪声等效电阻）与器低频噪声（噪声等效电阻）与器 件的几何形状密切相关件的几何形状密切相关与复合中心密度、能级、俘获几率有密切关系与复合中心密度、能级、俘获几率有密切关系 说明

22、低频噪声以栅结势垒区复合中心的产生说明低频噪声以栅结势垒区复合中心的产生-复合噪声为主。复合噪声为主。掺金后，由掺金后，由f-1f-2LWaRn3 212、中、高频噪声性能、中、高频噪声性能 沟道热噪声沟道热噪声),(42GDmsndVVQfkTgi 器件工作在非饱和区时：器件工作在非饱和区时：gms为饱和区跨导（为饱和区跨导（G0起作用起作用）Q(VD,VG)为噪声参量，反映工为噪声参量，反映工作偏压对噪声的影响。作偏压对噪声的影响。当漏极电压不太高，沟道当漏极电压不太高，沟道夹断区长度远小于沟道区长度夹断区长度远小于沟道区长度时，上式也适用于饱和区。时，上式也适用于饱和区。65.0 QgR

23、msnMHz6 Tf增加频率修正项的结果，可见在增加频率修正项的结果，可见在fT之之内，频率修正项作用不大。内，频率修正项作用不大。在饱和区在饱和区222、中、高频噪声性能、中、高频噪声性能 感应栅噪声感应栅噪声诱生栅极噪声诱生栅极噪声 低频下，栅噪声主要来源于低频下，栅噪声主要来源于栅电流的散粒噪声。栅电流的散粒噪声。在中、高频范围内，则主要在中、高频范围内，则主要是沟道热噪声电动势通过栅电容是沟道热噪声电动势通过栅电容耦合形成的栅极回路的噪声电流，耦合形成的栅极回路的噪声电流，即即感应栅噪声感应栅噪声。导电沟道中所产生的噪声电导电沟道中所产生的噪声电压通过沟道电容耦合到栅极，引压通过沟道电

24、容耦合到栅极，引起栅结电压起伏和耗尽层宽度的起栅结电压起伏和耗尽层宽度的变化，在栅电极上感应出相应的变化，在栅电极上感应出相应的补偿电荷补偿电荷起伏的栅极充电电起伏的栅极充电电流。流。233、噪声系数、噪声系数硅硅JFET和和MESFET的中、高频噪声系数为的中、高频噪声系数为ingsnsmsnsnsnRCggggRAAAAF222min65.0221 为输入端电导为输入端电导将将A=1时对应的频率定义为时对应的频率定义为噪声系数截止频率，噪声系数截止频率，fnc248.4 JFET与与MESFET的噪声特性的噪声特性三、微波三、微波GaAs MESFET的噪声性能的噪声性能1、衡量、衡量Ga

25、As MESFET噪声性能的经验公式噪声性能的经验公式由于：由于：GaAs中热电子温度随场强变化剧烈中热电子温度随场强变化剧烈沟道中速度饱和区较长，要考虑其沟道中速度饱和区较长，要考虑其 中的强场扩散噪声中的强场扩散噪声肖克莱沟道夹断模型不适用，需用肖克莱沟道夹断模型不适用，需用 速度饱和模型分析计算整个沟道中速度饱和模型分析计算整个沟道中 的电场、电位分布和电流的电场、电位分布和电流-电压特性电压特性 故，微波故，微波GaAsMESFET的噪声特的噪声特性不同于硅性不同于硅FET。将沟道分为两个区域：将沟道分为两个区域：0L1为常迁移率区，计算增强约翰逊噪声为常迁移率区，计算增强约翰逊噪声L

26、1L 为速度饱和区，计算强场扩散噪声为速度饱和区，计算强场扩散噪声25SGmsTfRRgffKF ()(10minfT、gms取零栅压时的值，取零栅压时的值，Kf=2.5SGmslRRgLfKF (10min经验公式：经验公式：半经验公式：半经验公式：有效栅电阻：有效栅电阻：等效噪声电阻的半经验公式：等效噪声电阻的半经验公式：)(17)(11732hLWnhLwnRRmG )(1.11.2182.066.05.021DssgDSSSNaaLNaWRRR 源串联电阻：源串联电阻：2030.0msngR 268.4 JFET与与MESFET的噪声特性的噪声特性三、微波三、微波GaAs MESFET

27、的噪声性能的噪声性能2、提高噪声性能的途径、提高噪声性能的途径缩短沟道长度：提高光刻水平；改进结构缩短沟道长度：提高光刻水平；改进结构提高沟道中载流子迁移率：加入缓冲层提高界面附近迁移率提高沟道中载流子迁移率：加入缓冲层提高界面附近迁移率采用非均匀沟道杂质分布：界面附近采用非均匀沟道杂质分布：界面附近ND大，有大的跨导大，有大的跨导减小栅、源串联电阻减小栅、源串联电阻RG、RS：加厚栅金属层；源极下加重掺杂加厚栅金属层；源极下加重掺杂 层；局部离子注入；凹槽结构等层；局部离子注入；凹槽结构等27288.5 MOSFET的噪声特性的噪声特性一、沟道热噪声一、沟道热噪声MOSFET的主要噪声源是沟

28、道热噪声的主要噪声源是沟道热噪声其次是其次是1/f噪声。由于噪声。由于p-n结反向电流很结反向电流很小，可忽略其散粒噪声。小，可忽略其散粒噪声。沟道载流子的无规则热运动在沟道沟道载流子的无规则热运动在沟道电阻上产生噪声电压，该电压使沟道电电阻上产生噪声电压，该电压使沟道电势分布产生涨落，有效栅压发生波动，势分布产生涨落，有效栅压发生波动，从而导致漏极电流出现涨落从而导致漏极电流出现涨落由此产生的噪声为由此产生的噪声为沟道热噪声沟道热噪声。fIyVkTfdRkTuDth )(442沟道中，沟道中，y0处体元处体元dy的微分电阻的微分电阻dR上热噪声电压上热噪声电压29fIyVkTfdRkTuDt

29、h )(442沟道中，沟道中，y0处体元处体元dy的微分电阻的微分电阻dR上热噪声电压上热噪声电压引起沟道电位分布和漏极电流的起伏，产生热噪声电流引起沟道电位分布和漏极电流的起伏，产生热噪声电流TGSDSdndVVVFFgfkTi ;)1)(2()1(1)()(32432可见，沟道热噪声来源于沟道电阻，同时也是器件工作状态的函数可见，沟道热噪声来源于沟道电阻，同时也是器件工作状态的函数沟道热噪声电流的均方值比尼奎斯公式多一个因子沟道热噪声电流的均方值比尼奎斯公式多一个因子)(32 FdlndlDSgfkTiFV 423)(,02很很小小时时，当当说明在线性区，沟道热噪声电流确实产生于线性区的沟

30、道电阻。说明在线性区，沟道热噪声电流确实产生于线性区的沟道电阻。)(32)(FyVuVthDS不不同同，故故有有因因子子引引起起的的增增大大，随随着着30将非饱和区漏导将非饱和区漏导)(DSTGSdsVVVg 带入，得带入，得)2()1(132)()()(432 HHfVVVkTiDSTGSnd其中，其中，)1)(32)(4)(32)(4 FfVVkTFfVVVVVVVkTTGSTGSDSTGSTGSmsg)(HmsndsTGSDSgfkTiHVVV32432)(12 ，时时（器器件件进进入入饱饱和和区区）当当)(41 MOST4 222222mndnndnngmndngngndmndgifk

31、TRifkTRugiuuigi 则等效噪声电阻则等效噪声电阻输入端电压中输入端电压中折合到折合到即将即将，又，又关系写成关系写成按按将将)(HgggRmmsmn 31)(HgggRmmsmn 在饱和区在饱和区32 msngR计及漏极电压和衬底掺杂对沟道载流子电荷的影响，有通用表达式计及漏极电压和衬底掺杂对沟道载流子电荷的影响，有通用表达式子电荷子电荷为整个沟道区的总载流为整个沟道区的总载流为总栅极电容为总栅极电容其中，其中，WdyyQQWLCCVCQgRLnNoxotDSotNmn 0)(可见，可见，Rngm随随VDS增加而迅速减小，饱和区最小增加而迅速减小，饱和区最小Rngms，且且与衬底杂

32、质浓度密切相关。与衬底杂质浓度密切相关。32 可见，可见，Rngm随随VDS增加而增加而迅速减小，饱和区最小迅速减小，饱和区最小Rngms，且与衬底杂质浓度密切相关。且与衬底杂质浓度密切相关。338.5 MOSFET的噪声特性的噪声特性二、诱生栅极噪声二、诱生栅极噪声 沟道载流子无规则的热运动除产生沟道热噪声外，还将通过栅电沟道载流子无规则的热运动除产生沟道热噪声外，还将通过栅电容的中介作用将沟道内电位的起伏耦合到栅极，形成栅极回路的噪声容的中介作用将沟道内电位的起伏耦合到栅极，形成栅极回路的噪声电流电流ing。因由栅电容耦合而诱生，称因由栅电容耦合而诱生，称诱生栅极噪声诱生栅极噪声，也称，也

33、称感应栅噪声感应栅噪声。沟道电位的变化引起反型层电荷的相应变化量，通过栅沟道电位的变化引起反型层电荷的相应变化量，通过栅-沟道电沟道电容的耦合，引起栅电极上等量的电荷变化量，对这些电荷的充放电电容的耦合，引起栅电极上等量的电荷变化量，对这些电荷的充放电电流形成栅极回路的噪声电流。流形成栅极回路的噪声电流。msotnggCfkTQQji222222412.0)()(栅噪声电流随频率上升而增大。栅噪声电流随频率上升而增大。WLCCoxot348.5 MOSFET的噪声特性的噪声特性三、三、1/f 噪声噪声机理复杂：机理复杂：论点论点1：在沟道与界面陷阱之间交换载流子而引起载流子浓度的波动：在沟道与

34、界面陷阱之间交换载流子而引起载流子浓度的波动论点论点2：起因于迁移率的波动：起因于迁移率的波动论点论点3：栅下：栅下Si-SiO2界面存在高密度的界面态，俘获界面存在高密度的界面态，俘获释放沟道中运释放沟道中运 动的载流子而引起沟道载流子数目的起伏而产生低频噪声。动的载流子而引起沟道载流子数目的起伏而产生低频噪声。绝大多数器件倾向于遵守绝大多数器件倾向于遵守fWLCMgfiaoxmf122 利用电流利用电流-跨导跨导-输入电压的关系，上式等效成输入电压的功率谱密度输入电压的关系，上式等效成输入电压的功率谱密度fWLCMfuaoxfin12,1/f噪声电压正比于界面态电荷密度，因而（噪声电压正比

35、于界面态电荷密度，因而（100）面制作器件噪声系数小）面制作器件噪声系数小358.5 MOSFET的噪声特性的噪声特性四、四、MOSFET高频噪声系数高频噪声系数 高频时，高频时，MOSFET的噪声主要来自热噪声，即沟道热噪声和的噪声主要来自热噪声，即沟道热噪声和诱生栅极噪声。诱生栅极噪声。它们是相关的噪声源，但相关性不大，可近似视为两独立的它们是相关的噪声源，但相关性不大，可近似视为两独立的噪声源。噪声源。当忽略其相关性时，高频最小噪声系数当忽略其相关性时，高频最小噪声系数221422min)(053.01)(284.0)(136.2)(053.01TTTTffffffffF 可见，高频噪声系数取决于可见，高频噪声系数取决于fT，fT与输入电容与输入电容 CI的关系为的关系为ImTCgf 2 36本课程内容到此全部结束。本课程内容到此全部结束。谢谢！谢谢！