专利名称：高阻器件与介质材料电流噪声测试方法
技术领域：
本发明属于电子测试测量技术领域，涉及一种高阻器件和介质材料电流噪声测试 方法，用于对高阻值电阻器件或高电阻材料宽频带范围内的电流噪声测试。
背景技术：
1、器件及材料的电流噪声当给器件(如电阻器、电容器)两端施加直流偏压时，器件内部电荷产生定向移动 形成电流，该电流平均值符合欧姆定律，但是电流的瞬时值却是随机涨落的。这种涨落是由 于器件内载流子的随机涨落、器件中的缺陷对载流子的随机俘获、释放过程以及晶界势垒 等对载流子的散射等多种原因导致的。我们将这种电流的瞬时涨落称为电流噪声，通过对 电流噪声的测量分析可研究样品电荷输运机制、输运过程以及缺陷与可靠性等。电流噪声信号虽然微弱但其包含信息丰富，根据不同机理产生的电流噪声具有不 同的频率分布特性。由于一般导电样品中噪声信号十分微弱，因此对于样品电流噪声进行 有效的分析需要进行倍数足够大和频带范围足够宽的信号放大。研究表明高阻值器件与材 料中电流噪声主要由三种噪声成分组成，分别为白噪声(主要为热噪声和散粒噪声)、i/f 噪声和G-R噪声。电流噪声的功率谱密度公式如下
权利要求
1.一种高阻器件与介质材料电流噪声测试方法，其特征在于包括如下步骤(1)将待测的若干高阻值样品放入适配器中，通过对样品适配器施加偏置电压以激发 出样品的电流噪声信号；(2)根据需要分析的样品数量选择要开启的采集通道数，并开启相应通道上的低噪声 电流放大器，调节低噪声电流放大器的放大倍数至Atl，并通过数据采集卡采集放大后的信 号；(3)通过傅里叶交换计算所采集的电流噪声信号的功率谱密度，函数中变量f是 频率；(4)获取低噪声电流放大器在步骤O)中设置的放大倍数下的幅频特性曲线即电流有 效值随信号频率变化的函数曲线1(f)；(5)从步骤(4)获得的幅频特性曲线1(f)中提取低噪声电流放大器在该放大倍数下的 归一化曲线Q (f)，并利用Q (f)还原步骤(3)中的被衰减的功率谱密度&(f)，得到还原后 频带展宽的功率谱密度S (f)；(6)利用曲线拟合和参数提取方法对S(f)进行分析，研究高阻值样品的可靠性或进行 产品筛选；(7)通过软件生成分析结果的报表。
2.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于步骤O)中所述的调节低噪声电流放 大器的放大倍数至Atl并通过数据采集卡采集放大后的信号的步骤操作过程和步骤(3)的 步骤操作过程是(2a)将电流放大器的放大倍数从1倍开始逐渐提高，在确保放大后的信号幅值在数据 采集卡量程之内的条件下，使放大后的信号逐渐增大，记录最终所调到的放大倍数Atl ；(2b)当信号稳定之后，开始在软件中设置数据采集卡采样频率fsample、信号加窗处理方 式、傅里叶变换时的信号平均次数M，采样频率的的选择根据所需采集的电流噪声信号的上 限频率fH设定，满足等式fsample彡2fH，平均次数M的选取范围为32彡M彡256 ；(2c)参数设置完毕后，触发采集功能，通过软件实现时域信号采集和时域信号傅里叶 变换同步进行，得到电流噪声信号的功率谱密度。
3.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于步骤的步骤操作过程是(3a)将电流放大器放大倍数调至步骤O)中测试样品时所调到的放大倍数Atl;(3b)设置锁相放大器高精度交流信号源输出端电压有效值Vtl，将一标准电阻器Rtl的一 端串接入交流信号源输出端，此时若电阻器另一端也串接入交流信号源输出端，则可得到流经电阻器的电流有效值为(3c)将电流Itl输入至电流放大器的输入端，即将锁相放大器交流信号源输出端、电阻 器Rtl和电流放大器串联形成回路，再将放大后的正弦交流信号AtlItl输入至锁相放大器的信 号输入端；(3d)调整Vtl的大小，使放大后的正弦交流信号有效值在锁相放大器的量程Vmax之内， 即使下式成立kO(3e)开启锁相放大器的扫频功能，保持Vtl的幅度不变，将信号Vtl的频率从零开始以一定的步长递增，一直递增到信号高频截止频率的10倍或100倍之间的某个频点值，锁相放 大器会由此得到电流放大器对频率不同而幅度相同的信号的响应，即电流放大器在放大倍 数Atl下的幅频特性曲线1(f)；(3f)对所有数据采集通道重复上述(3a)至(3e)步骤，测得其它每个正在使用中的通 道上电流放大器的幅频特性曲线I (f)。
4.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于步骤(5)的步骤操作过程包括 (4a)通过公式
5.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于步骤(6)的步骤操作过程包括 (5a)根据样品噪声的功率谱密度公式
全文摘要
本发明公开了一种高阻器件与介质材料电流噪声测试方法，其测试步骤为首先通过样品适配器激发出高阻值样品的低频电流噪声，再通过低噪声电流放大器将样品低频噪声放大，继而通过数据采集卡采集放大后的噪声信号并计算这些采集得到的高频部分被放大器衰减的电流噪声信号的功率谱密度S0(f)，之后利用锁相放大器获取电流放大器的幅频特性曲线并由此计算归一化曲线Q(f)，然后利用Q(f)还原被衰减的功率谱密度曲线S0(f)，得到还原后频带展宽的功率谱密度曲线S(f)，最后对S(f)进行数据分析来筛选器件或研究样品可靠性。本发明解决了现有高阻值样品噪声测试方法中倍号通频带窄、测试数据不充分的问题，具有高效率、操作自动化和还原后的数据精度高的优点。
文档编号G01R19/00GK102095917SQ20101057166
公开日2011年6月15日 申请日期2010年11月30日 优先权日2010年11月30日
发明者冯笑然, 庄奕琪, 杜磊, 陈文豪 申请人:西安电子科技大学