Взрывной шум или шум в виде случайного телеграфного сигнала.
Взрывной шум или шум в виде случайного телеграфного сигнала. - раздел Электротехника, Флуктуационные шумы В Дополнение К Рассмотренным Выше Видам Шумов, В Различных Типах Твердотельны...
В дополнение к рассмотренным выше видам шумов, в различных типах твердотельных приборов наблюдается еще один тип электрического шума – импульсный (взрывной) шум, проявляющийся в ступенчатых изменениях уровня сигнала. Этот вид шума проявляет себя как двухуровневый случайный телеграфный сигнал (СТС) одинаковой высоты импульсов тока DI со случайно распределенными интервалами времени между импульсами и с переменной длительностью (t1 и t2) (рис. 3.12).
Рис. 3.12. Типичный вид взрывного (СТС) шума для тока электронного прибора с наложенным на него белым шумом.
Иногда наблюдаются более сложные многоступенчатые сигналы с тремя и более уровнями. Предполагается, что механизм взрывного шума в p-n переходах при обратном смещении связан с нерегулярным включением – выключением канала поверхностной проводимости. Причиной взрывного шума в p-n переходах при прямом смещении принято считать дефекты кристалла в области самого перехода. Экспериментальные данные указывают на то, что это – дислокации в кристаллической структуре.
Импульсный шум в виде СТС может наблюдаться также в металлических пленках субмикронных размеров и в микроконтактах, содержащих небольшое число центров рассеяния носителей заряда, а также стоков-источников вакансий. Так, наблюдали двухуровневые мезоскопические флуктуации сопротивления в точечных контактах из пленок золота диаметром 2a » 5-30 нм с относительно высоким контактным сопротивлением (R > 10 Ом) при низких напряжениях смещения (Uсм » 50 мВ) и температуре T » 4,2 К. Контакты работали в баллистическом режиме транспорта носителей (при выполнении условия: a << le, где le – длина свободного пробега электронов). Этот шум контактов, связанный с переключениями контактного сопротивления между дискретными уровнями, имел лоренцевский спектр. Скорость переключения быстро возрастала с увеличением смещающего напряжения. На основе проведенных исследований найдены сечения рассеяния дефектов, которые оказались порядка размера атома.
В субмикронных полевых транзисторах часто наблюдается шум в виде случайного телеграфного сигнала. Амплитуда этих импульсов мала и соответствует переходу одного носителя из канала на ловушку в оксиде и обратно, приводящему к скачкообразному изменению сопротивления (проводимости) канала из-за изменения в нем числа носителей заряда. При этом в полевых транзисторах субмикронных размеров можно изучать динамику захвата и эмиссии носителей заряда отдельными ловушками, а также определять физические параметры глубоких ловушечных центров. Чем меньше размер структуры, тем вероятнее наблюдение действия одиночных центров захвата-эмиссии электронов, и как следствие, наблюдение шума в виде СТС.
Теоретический анализ влияния масштабирования на НЧ шум кремниевых МОП транзисторов показал, что при длине канала L = 7…10 мкм разброс по уровню шума от прибора к прибору из-за захвата носителей на ловушки составляет 2 – 3 раза. В то же время для приборов с длинной канала L = 0,1…0,3 мкм разброс по уровню шума превышает 3 порядка величины.
Развитие субмикронной технологии способствовало изучению шума, проявляющегося в виде СТС. Как показывает анализ проведенных различными авторами исследований, три типа избыточного шума в полупроводниковых приборах, обусловленного флуктуациями числа свободных носителей: ГР шум, фликкер-шум (модель флуктуаций числа носителей - Dn-модель) [1] и взрывной шум имеют общую физическую природу. При переходе к наноразмерным структурам преобладающим становится СТС шум. C увеличением размера прибора в полупроводниках возрастает число центров захвата носителей (ловушек) и СТС шум переходит в шум со спектром вида 1/f. В металлических пленках с увеличением размера пленочного элемента возрастает число стоков-источников вакансий. В связи с этим возрастает и концентрация квазиравновесных вакансий в образце, имеющих широкий спектр энергий активации, флуктуации которой дает шум вида 1/f (см. раздел 2, Б).
Разрыв металлизации или нарушение омического контакта в контактном окне с активными областями в цифровых КМОП ИМС также может приводить к появлению флуктуаций тока потребления в виде СТС (см. раздел 6).
СП взрывного шума имеет лоренцевский спектр, аналогичный ГР шуму:
(3.37)
где A - постоянная, t0 - среднее время, определяемое соотношением:
. (3.38)
Здесь t1 и t2 - средние величины длительности t1 и t2 (см. рис. 3.11) в каждом из двух состояний (захвата и эмиссии носителей ловушками в полупроводниках, или генерации и аннигиляции точечных дефектов-вакансий в металлических пленках и микроконтактах).
– Конец работы –
Эта тема принадлежит разделу:
На сайте allrefs.net читайте: "Флуктуационные шумы"
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:
Взрывной шум или шум в виде случайного телеграфного сигнала.
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Все темы данного раздела:
Некоторые сведения о флуктуациях
Флуктуации являются характеристиками физических параметров макромира и макросистем. Под макросистемой понимают обычно систему, построенную из большого числа атомов и молекул. Набор макроскопических
Флуктуации давления газа в камере
Возьмем закрытый сосуд некоторого объема V с одной молекулой газа, движущейся внутри него. Эта молекула случайно сталкивается со стенками сосуда и передает стенке сосуда определенное количество дви
Переход от механики Ньютона к статистической механике.
Пусть частица с массой m, подчиняющаяся законам механики Ньютона, совершает свободное падение в вязкой среде (газ, жидкость) с коэффициентом трения kтр. При этом сил
Флуктуации электрических величин и шумы в радиофизике
С практической точки зрения наибольший интерес представляет изучение флуктуаций тока и напряжения (электрические шумы) в компонентах интегральных схем, в самих ИС и других электронных устройствах,
Способы описания шумов
Шумовые напряжение, ток (или другие флуктуирующие физические величины, например, сопротивление, емкость) не могут быть предсказаны заранее. Однако для них могут быть рассчитаны различные статистиче
Статистические характеристики случайного процесса
В статистической радиофизике изучают случайные величины, зависящие от времени, для которых широко используют такое понятие, как случайный (стохастический) процесс. Часто вместо случайного процесса
Математические характеристики шума.
Наиболее важными для практических приложений вероятностными характеристиками случайного процесса являются одновременная
Автокорреляцинная функция
Среднее значение и дисперсия случайного процесса не описывают связи между величинами случайного напряжения в различные моменты времени. Для этого служит автокорреляционная (корреляционная) функция,
Спектральная плотность мощности стационарного случайного процесса
Наиболее важной характеристикой стационарных случайных процессов является спектральная плотность мощности, описывающая распределение мощности шума по частотному спектру. Рассмотрим стационарный слу
Tеорема Винера-Хинчина
Энергетический спектр S(f) и автокорреляционная функция K(t) стационарного случайного процесса x(t) связаны друг с другом парой преобразования Фурье (теорема Вине
Широкополосные и узкополосные случайные процессы. Б171
Стационарный случайный процесс с непрерывным энергетическим спектром называют узкополосным, когда спектр его сосредоточен в относительно узкой полосе частот
Импульсные случайные процессы
Многие задачи, получившей широкое развитие в последние годы, приводят к исследованию спектров последовательностей идентичных импульсов. Основные параметры, характеризующие геометрическую форму или
Взаимная корреляционная функция и взаимный энергетический спектр
Во многих практических задачах приходится изучать одновременно два или большее число случайных процессов. Для двух случайных переменных x и y, совместная функция плотности вероятности
Коэффициент корреляции между двумя случайными напряжениями
На практике часто имеют дело с различными источниками шумовых напряжений и токов в компонентах ИС и электронных приборах. Рассмотрим для примера два случайных напряжения и1 (t
Метод Ланжевена
Этот метод был развит Ланжевеном вскоре после появления основополагающей работы Эйнштейна по теории броуновского движения (1905), где ему удалось учесть как вязкость, так и инерционные силы, действ
Тепловой шум.
В любом проводнике или полупроводнике всегда имеются свободные носители тока, находящиеся в хаотическом тепловом движении. При этом может оказаться, что в определенный момент времени в одном направ
Вывод формулы Найквиста
Проведем расчет спектральной плотности мощности для теплового шума резистора ST , т.е. приведем доказательство теоремы Найквиста (1928). Тепловой шум резистора может быть описан с
Обобщенная теорема Найквиста для линейного двухполюсника
Формула Найквиста обобщается на случай любого линейного двухполюсника с комплексным сопротивлением Z(f)=R(f)+iX(f), где R(f) – действительная
Формула Гупта.
Гупта рассчитал тепловой шум для нелинейной чисто резистивной системы (1978). В случае нелинейной вольт-амперной характеристики (ВАХ) двухполюсника в формулы Найквиста (3.13) и (3.14) следует подст
Квантовая модификация формулы Найквиста
Формула Найквиста годится не для всех частот, а лишь для тех частот, для которых можно пренебречь квантовыми эффектами, т.е. когда выполняется соотношение hpf/кТ<<1,
Мощность тепловых шумов
Рассмотрим схему на рис. 3.2, где шумящее сопротивление R является источником теплового шума, который представлен генератором напряжения UT =
Флуктуационно-диссипационная теорема
Теорема Найквиста является частным случаем гораздо более общей флуктуационно-диссипационной теоремы (ФДТ). Физический смысл ФДТ заключается в том, что чем больше потери в системе на данной частоте
Шум горячих электронов (диффузионный шум). Шумовая температура.
Электронный газ в полупроводнике, подвергнутому действию сильного электрического поля, является неравновесным, поскольку средняя энергия движения электронов увеличивается и становится больше их рав
Дробовой шум. Связь между дробовым шумом и зарядом носителей.
Дробовой шум, наряду с тепловым, является одним из основных источников шумов в электронных лампах, полупроводниковых приборах и в других радиоэлектронных устройствах. Причиной дробового шума являет
Генерационно-рекомбинационный шум в полупроводниках.
В полупроводниках и в приборах на их основе наблюдается еще один вид шума, создаваемый флуктуациями скоростей генерации и рекомбинации носителей, что приводит к флуктуациям концентрации свободных н
Шумы, обусловленные равновесными температурными флуктуациями
Впервые этот шум наблюдали Восс и Кларк в металлических пленках. Этот вид шума имеет равновесный характер и связан с флуктуациями сопротивления пленочного образца из-за термических (энергетических)
Фотонный шум
Свет – это поток фотонов. Отражаясь от объектов и пройдя через объектив телевизионной камеры, фотоны попадают на фоточувствительную поверхность, например, матрицы ПЗС, которая, по существу, являетс
Изучение эффекта Баркгаузена.
Эффект Баркгаузена можно легко продемонстрировать на опыте. Для этого нужно взять катушку индуктивности с сердечником из магнитного материала и подсоединить ее выводы к усилителю низкой частоты с в
Равновесные и неравновесные флуктуации
Макросистема с постоянным числом частиц находится в термодинамическом равновесии с окружающей средой (термостатом), если средний поток энергии между ними равен нулю. Равновесие подразумевает взаимо
Магнитные флуктуации в природе
Рассмотрим вначале магнитные бури. Как известно, наша планета Земля обладает магнитным полем, то есть по сути является большим магнитом. Полюсы этого магнита располагаются близко к
Флуктуации в биологии и физиологии
Значения биологических параметров всегда флуктуирует во времени: это и естественно, иначе биологическое тело не может быть живым. Возможно, флуктуации в биологических системах играют положительную
Стохастический резонанс
Удивительным явлением Природы является так называемый стохастический резонанс, заключающийся в повышении чувствительности нейронов или рецепторов (концевых образований нервов, спос
Преобразование шума в линейных цепях
Рассмотрим теперь, как преобразуется электрический шум в линейных цепях. Пусть на вход линейного четырехполюсника с коэффициентом передачи К(f) (рис. 5.1) подключен источник шума X
Эквивалентные шумовые схемы пассивного двухполюсника
Произвольный пассивный двухполюсник можно представить в виде одной из двух эквивалентных шумовых схем, изображенных на рис. 6.1 и 6.2. Заметим, что шумы в пассивных двухполюсниках обусловлен
Эквивалентные шумовые схемы четырехполюсников
Произвольный линейный шумящий четырехполюсник может быть представлен в виде эквивалентных шумовых схем. Сифоровым (1948) доказано, что шумовые свойства любого пассивного линейного четырехполюсника
Коэффициент шума усилителя и методы его измерения
Коэффициент шума (КШ) характеризует шумовые свойства реального усилителя (приемника). При прохождении сигнала через линейный усилитель (приемник) соотношение между сигналом и шумом на входе и выход
Новости и инфо для студентов