高阻器件与介质材料电流噪声测试方法

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。

主权项

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A₀，其步骤操作过程是：将低噪声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A₀；(3)通过数据采集卡采集放大后的信号，并通过傅里叶变换计算所采集的电流噪声信号的功率谱密度S₀(f)，函数中变量f是频率，其步骤操作过程是：(3a)当经步骤(2)后的低噪声电流放大器的放大信号稳定之后，开始在软件中设置数据采集卡采样频率f_sample、信号加窗处理方式、傅里叶变换时的信号平均次数M，采样频率的选择根据所需采集的电流噪声信号的上限频率f_H设定，满足等式f_sample≥2f_H，平均次数M的选取范围为32≤M≤256；(3b)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S₀(f)；(4)获取低噪声电流放大器在步骤(2)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I(f)，其步骤操作过程是：(4a)将低噪声电流放大器放大倍数调至步骤(2)中测试样品时所调到的放大倍数A₀；(4b)设置锁相放大器高精度交流信号源输出端电压有效值V₀，将一标准 电阻器R₀的一端串接入交流信号源输出端，此时若电阻器R₀另一端也串接入交流信号源输出端，则可得到流经电阻器R₀的电流有效值为(4c)将电流I₀输入至低噪声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R₀和低噪声电流放大器串联形成回路，再将放大后的正弦交流信号A₀I₀输入至锁相放大器的信号输入端；(4d)调整V₀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V_max之内，即使下式成立：(4e)开启锁相放大器的扫频功能，保持V₀的幅度不变，将信号V₀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低噪声电流放大器对频率不同而幅度相同的信号的响应，即低噪声电流放大器在放大倍数A₀下的幅频特性曲线I(f)；(4f)对所有数据采集通道重复上述(4a)至(4e)步骤，测得其它每个正在使用中的通道上低噪声电流放大器的幅频特性曲线I(f)；(5)从步骤(4)获得的幅频特性曲线I(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S₀(f)，得到还原后频带展宽的功率谱密度S(f)，其步骤操作过程包括：(5a)通过公式得到归一化函数Q(f)；(5b)通过下式的计算得到还原后频带展宽至低噪声电流放大器高频截止频率的10倍至100倍之间的功率谱密度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，其步骤操作过程包括：(6a)根据样品噪声的功率谱密度公式对还原后的功率谱密度曲线进行曲线拟合，计算下列参数的值：A、B、C、γ、α、f₀；(6b)对已存盘的时域信号数据进行爆裂噪声分析，检测样品是否含有爆裂噪声；(6c)根据(6a)中计算出的参数和(6b)中的分析结果来筛选器件或进行可靠性研究；(7)通过软件生成分析结果的报表。