短沟道MOSFET散粒噪声测试方法研究

2．2 测试方案
实验样品选用0．18μm工艺nMOSFET器件，沟道宽长比为20μm／0．6μm，栅氧化层厚度为20 nm，阈值电压为0．7 V。分别测试器件在亚阈区、线性区和饱和区的源漏电流散粒噪声功率谱。具体步骤为，设置Vgs=0．1 V，使器件处在亚阈值区，Ids在0．055～1 mA变化，测试器件在不同沟道电流下的电流噪声功率谱值；再设置Vgs=1．2 V，使器件工作在反型区，测试Ids在0．055～1．5 mA变化时线性区和饱和区的电流噪声功率谱值。在功率谱提取时，取270～300 kHz频率段电流噪声功率谱的平均值，这样既可以去除低频1／f噪声对测试结果的影响，也可以通过平均值算法使分析的测试数据更加准确。

3 测试结果及讨论
图3和图4分别为器件工作在亚阈区和反型区条件下，电流噪声功率谱随漏源电流的变化情况。

由图中可以看出，在亚阈区，小漏源电流的条件下，沟道电流和电流噪声功率谱呈现线性关系，证明器件在此工作条件下存在散粒噪声。相比于长沟道MOSFET器件，短沟道器件沟道源区附件明显存在一个势垒，势垒高度随栅源电压的增大而增大，随漏源电压的增大而减小。在此偏置条件下，沟道内电场强度很小，扩散电流成分显著，扩散电流随机通过源极附近势垒，引起散粒噪声。随着漏源电压的增大，沟道内电场增强，势垒减小，漂移电流成为主要成分，散粒噪声随之被抑制。
在反型区，小的漏源电流条件下，器件工作在线性区。如图4所示，与亚阈区类似，可以看到明显的散粒噪声成分。但是随着漏源电流的增大，在漏源电流大约为0．5μA时，器件进入饱和区。此时源区势垒和沟道内扩散电流成分显著减小，因此导致由扩散电流引起的散粒噪声减小。但此时漏端沟道正好处在夹断点位置，载流子通过夹断点耗尽区是弹道传输模式，引起了散粒噪声的产生，导致散粒噪声再次随漏源电流的增大而增大。但随着漏源电流的继续增大，夹断区长度不断增加，载流子在夹断区散射增强，散粒噪声再次被抑制。

4 结束语
针对MOSFET散粒噪声难以测量的特点，文中提出了一种低温散粒噪声测试方法。在屏蔽环境下，将被测器件置于低温装置内，有效抑制了外界电磁波和热噪声的干扰。采用背景噪声充分低的放大器以及偏置器、适配器等，建立低温散粒噪声测试系统。应用本系统对短沟道MOSFET器件进行噪声测试，分析该器件散粒噪声的特性。文中的工作为器件散粒噪声测试提供了一种方法，对短沟道MOSFET散粒噪声特性进行了分析。