一种非晶硅薄膜的低频噪声测试方法
【专利摘要】本发明公开了一种非晶硅薄膜的低频噪声测试方法，具体涉及非晶硅薄膜的低频电流噪声测试技术，该测试技术使用的测试系统包括：偏置电路、电磁屏蔽装置、噪声放大系统以及数据采集与处理系统。首先通过偏置电路激发出非晶硅薄膜的低频电流噪声，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出相应的电流噪声信号功率谱密度，最后利用电脑分析和处理数据，得出非晶硅薄膜低频噪声的功率谱密度曲线。本发明一种非晶硅薄膜的低频噪声测试方法可实现非晶硅薄膜低频噪声的可重复精确测试，方便快捷。
【专利说明】一种非晶硅薄膜的低频噪声测试方法
【技术领域】
[0001]本发明一种非晶硅薄膜的低频噪声测试方法涉及非制冷红外焦平面探测器【技术领域】，具体涉及非晶硅薄膜的低频电流噪声测试技术。
【背景技术】
[0002]非晶硅薄膜是一种半导体热敏电阻薄膜材料，其电阻随温度升高而降低、电阻温度系数(TCR)较大、薄膜制备与硅半导体工艺具有良好的兼容性，因此被广泛用于微测辐射热计型非制冷红外焦平面探测器。非晶硅薄膜的TCR、电阻率和噪声水平是其影响焦平面器件灵敏度的关键参数，其中，TCR和电阻率容易通过四探针测试仪、台阶仪等常用测试手段进行精确测试，从而为优化非晶硅薄膜工艺提供基础。但是，非晶硅薄膜本身的低频噪声测试，长期以来都是非晶硅薄膜材料电学应用中的一个技术难点。
[0003]当给半导体薄膜电阻两端施加偏置电压时，薄膜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。这种涨落是由于薄膜内载流子的随机涨落、薄膜缺陷对载流子的随机俘获、释放过程以及晶界壁垒等对载流子的散射等多种原因导致的。人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，可研究半导体薄膜样品的缺陷与电学行为的可靠性等。
[0004]非晶硅薄膜的噪声(尤其是低频部分)是制约其器件化应用时灵敏度和检测精度的一个关键指标。随着非制冷红外焦平面探测器灵敏度和探测效率的不断提升，检测和控制作为功能敏感薄膜的非晶硅薄膜材料的噪声就显得尤为重要。研究表明，非晶硅薄膜材料的噪声主要有:白噪声(主要为热噪声和散粒噪声)、l/f噪声和g-r噪声。白噪声是一种广泛存在的噪声，存在于任何具有电阻的材料中，不与频率变化发生改变，主要由材料的本征性质决定，代表着电阻性元器件的最小噪声水平。Ι/f噪声又称闪烁噪声，包括两部分:一种是非基本Ι/f噪声，由表面载流子数涨落引起，通过改善器件的表面质量可以进行消除；另一种是基本Ι/f噪声，由迁移率涨落引起，其服从Hooge经验公式
[0005]Sv(f) (SJf)) =AV⑴ e/fy(I)
[0006]式中:Sv(f)、S^f)分别是噪声电压和电流功率谱密度；A为材料有关的常数'N、I分别为电阻单元两端所加的偏压和电流；β为指数因子，对于材料均匀的单元β = 2 ;f为频率；Y为频率指数，通常取I。
[0007]g-r噪声主要来源于禁带中部的深能级“产生-复合”中心和缺陷中心。通常g_r噪声可以表示为Lorentz谱的形式，满足公式(2)
【权利要求】
1.一种非晶硅薄膜的低频噪声测试方法，其特征在于所述方法包括以下步骤: (1)、将待测的非晶硅薄膜样品固定在含有散热性良好材料的金属盒中，通过金丝键合将薄膜电极两端的导线引出并接入到偏置电路中，偏置电路对非晶硅薄膜样品施加偏置电压以激发出样品的电流噪声信号； (2)、根据需要测试和分析的样品数量，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，根据非晶硅薄膜样品电阻值以及施加的样品电压不同，调节低噪声电流放大器的放大倍数并记录，确保放大后的信号幅值在数据采集卡的量程之内； (3)、通过数据采集卡将低噪声放大器输出的模拟噪声信号转换为数字信号，并将采集到的噪声信号传输到后端电脑以便进行信号处理； (4)、分析和处理信号得到相应的噪声功率谱密度曲线； (5)、利用曲线拟合对噪声功率谱密度曲线进行分析。
2.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于:步骤(1)将非晶硅薄膜样品固定在陶瓷基板上，再将陶瓷基板固定在导热良好、具有电磁屏蔽功能的金属盒内，金属盒底部涂有适量均匀的散热硅胶。
3.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于:步骤(2)中的调节低噪声电流放大器的放大倍数是通过如下方式实现:将低噪声电流放大器的放大倍数从I倍开始逐渐提高，在确保放大后的电压信号没有溢出的前提下，使放大后的信号逐渐增大，并记录最终所调到的放大倍数。
4.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于:将偏置电路和电流放大器封闭在一个电磁屏蔽箱，从屏蔽箱内部引出一根铜芯线与室外的地网引线相连接。
5.根据权利要求1或3所述的测试方法，其特征在于:偏置电路采用镍氢电池供电，低噪声电流放大器采用内部电池供电。
6.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于:步骤(4)还包括在数据采集控制面板上输入样品电压的步骤。
7.根据权利要求1或3所述的测试方法，其特征在于:步骤(4)还包括记录的放大倍数，设置采样率和采样数，分析处理，得到相应的噪声功率谱密度曲线。
8.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于:步骤(5)所述曲线拟合是根据样品噪声的功率谱密度公式
【文档编号】G01R29/26GK104020365SQ201410243683
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年6月4日 优先权日:2014年6月4日
【发明者】李伟, 程旭, 王冲, 王志辉, 顾德恩, 蒋亚东 申请人:电子科技大学