4200A-SCSパラメータ・アナライザを用いた1/f電流ノイズ測定

電子デバイスは、本質的に、熱(ジョンソン)ノイズ、ショットノイズ、ホワイト(広帯域)ノイズ、および1/f (フリッカ)ノイズを含む異なるタイプのノイズ源を持ちます。1/fノイズは、電流(ISD)またはパワー(PSD)スペクトル密度が周波数に反比例する低周波電子ノイズです。半導体デバイス、ある種の抵抗器、グラフェンのような2D材料、さらには化学電池を含む多くの種類の電子部品
は1/fノイズを示します。多くの場合、デバイスの1/fノイズは、電流を時間の関数として測定し、そのデータを周波数ドメインに変換することによって決定されます。高速フーリエ変換(FFT)は、時間ドメインのデータを周波数ドメインのデータに変換するための一般的な方法です。
測定セットアップのノイズ源は、異なるノイズ源から発生しますが、その1つが測定機器そのものです。被測定デバイス(DUT)のノイズ特性を抽出するには、測定器のノイズをDUTのノイズより小さくする必要があります。
ソース・メジャー・ユニット(SMU)とパルス・メジャー・ユニット(PMU)は、Keithley 4200A-SCSパラメータ・アナライザのモジュールで、時間ドメインで電流と電圧を測定することができます。SMUおよびPMUは、ClariusソフトウェアのFormulatorに内蔵されたFFT関数を使用して、周波数ドメインのパラメータに変換することが可能な一定の速度で測定を行うことができます。4200A-SCSの広範なテスト・ライブラリには、1/fノイズ、電流スペクトル密度、およびその他のACベースの測定パラメータ・アナライザザCパラメータ計算によるサンプル・テストが含まれています。
このアプリケーション・ノートでは、SMUとPMUの両方を使用して4200A-SCSで1/fノイズ測定を行う方法を解説します。特に、次節では、1/fノイズの基本について説明し、特定のレンジで電流スペクトル密度(ISD)を導出することによって機器のノイズフロアを決定、MOSFETのドレイン電流1/fノイズを測定、2端子デバイスで1/fノイズ測定を構成、さらには内蔵FFT機能について説明します。