一種新的晶圓級1/f噪聲測量方法

　　低電流放大器KI 428-PROG在1/f噪聲測量中具有重要的作用。KI 428-PROG是由內(nèi)部電池供電的，這樣，除了能用于放大DUT的電流噪聲，它還能夠提供DUT輸出端的偏壓。DUT的輸出端直接與KI 428-PROG的輸入端相連。KI 428-PROG能夠以2.5mV的分辨率提供范圍從-5V～5V的輸出電壓。因此，我們可以將DUT偏置在所需的電壓上，防止其受到交流線路的噪聲干擾。KI 428-PROG的增益可以在103～1011的范圍內(nèi)進行調(diào)整。由于KI 428-PROG配置了GPIB端口，因此ACS軟件可以通過IEEE-488總線對其進行編程。428-PROG結(jié)合不同的偏壓能夠使器件工作在不同的區(qū)域。

　　KI 4200-SCP2與電流放大器的輸出端相連。KI 4200-SCP2是一個帶有嵌入式數(shù)字信號處理器的雙通道數(shù)字存儲示波器。因此在軟件控制下，這種示波器能夠監(jiān)測、捕捉和分析輸出信號。

　　c) 軟件控制

　　ACS(自動特征分析套件)軟件平臺支持采用多種測試儀器的晶匣級、晶圓級和器件級半導(dǎo)體特征分析，支持基于半自動和全自動探針臺的自動化參數(shù)測試。在安裝在吉時利4200-SCS上之后，它通過GPIB接口控制4200-SCS或外部測量儀器。由于KI-428具有GPIB控制端口，因此可以實現(xiàn)自動化的噪聲測量系統(tǒng)。

　　我們將所有的測試?yán)叹幋a為一個測試模塊。在ACS測試環(huán)境中可以復(fù)制該模塊。通過設(shè)置不同條件下的一系列測試模塊，ACS能夠提供多種不同的測試模塊。采用屬于同一器件的模塊，可以在器件級對它們進行測試。

　　4. 驗證與討論

　　為了驗證上述測試架構(gòu)，我們對各種偏壓條件下不同尺寸的nMOS和pMOS器件進行了1/f噪聲特征分析和評測，并與模擬結(jié)果進行了對比。圖2給出了p型MOSFET漏極電流噪聲的測量結(jié)果。左圖給出了在ACS軟件的控制下KI 4200-SCP2在20個均值測量周期上捕捉到的噪聲電流信號。右圖是對這些測得的數(shù)據(jù)進行快速傅立葉變換而得到的，該圖清晰地表明漏極的電流噪聲譜與頻率之間存在1/f相關(guān)性。

　　圖2. 對一個pMOS管測得的漏極電流噪聲

　　如前所述，我們測量的目標(biāo)是提取噪聲參數(shù)AF和KF。為了提取AF和KF，需要測量不同偏壓條件下的電流噪聲。圖3給出了不同偏壓下一個pMOS管的測量結(jié)果。