1/f ノイズ測定

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1/fノイズについて

ノイズの種類

電子デバイスから発生するノイズ(雑音)には以下のように様々な種類があり、1/fノイズもその一種です。
  • 熱雑音(ジョンソン・ノイズ、ジョンソン・ナイキスト・ノイズ、ホワイトノイズ)
  • ショット・ノイズ(こちらもホワイトノイズの一種)
  • バーストノイズ(ポップコーン・ノイズ、ブラウニアンノイズ、レッドノイズ、ブラウンノイズ)
  • 1/fノイズ(フリッカノイズ、ピンクノイズ)

発生原因と特徴

電子デバイスのノイズとは、電気信号に対して起こるランダムな特性変動を指します。 特にその中でも、1/fノイズはパワースペクトル密度が周波数に対して反比例するノイズであり、ほぼ全ての電子デバイスで発生します。
なぜ、周波数に反比例するかに関しての明確な科学的根拠は解明されていませんが、 半導体素子における空乏層内の不純物、格子欠陥、ダングリングボンド、酸化膜-シリコン界面の格子ミスマッチなどが原因で、ランダムなキャリアトラップが起こっているのが主因であるところまではわかっています。
また、その原因がキャリアトラップであるため、電流を流すことによりはじめて観測されるノイズであり、電流値が大きい、すなわち流れるキャリア量が大きい方がより顕著に観測されるという特徴を持っています。

注目が高まっている1/fノイズ

1/fノイズは様々な電子デバイスにおいて問題となりますが、特にイメージセンサーなど低周波で動作する製品に対して大きな影響を与えます。 近年の半導体製造プロセス微細化や電子製品の低消費電力化に伴い、動作電圧が低電圧化しており、信号振幅の低下も著しくなっています。 ゆえに、電気信号のS/N比の劣化が顕著になってきており、製品動作に対して1/fノイズが与える影響は大変大きいものになっています。 1/fノイズによる製品の誤動作を抑制するため、素子そのものの1/fノイズの低減や1/fノイズを考慮した電子部品の設計が求められています。

サービスの内容

測定からモデリングまで一連の流れを確立しており、無料サポート期間付き

以下のようなお悩みを抱えているお客様、是非モーデックへのアウトソーシングをご検討ください。

最新測定システムを用いて、経験豊富なエンジニアが測定いたします。

 ・測定システムの値段が高く、1/fノイズ測定のためだけに設備投資するのが難しい

 ・最新設備で測定を行いたいが、保有設備が老朽化している

 ・測定方法に不安がある

 ・測定値の確からしさの検証ができない

1/fノイズ測定と検証

1/fノイズ測定は、微小ノイズ電圧を取り扱い、測定結果の検証が難しい測定です。 問題の多いケースのひとつに、通常のDC測定では判断できないレベルでデバイスが不安定動作(発振の手前)していることがあります。 この場合、結果として、デバイスの持つ真の1/fノイズレベルより大きなノイズ電圧が観測されます。
モーデックは、このような1/fノイズ測定問題を考慮し、純粋にデバイス自身から発生する1/fノイズのみを測定することができます。具体的には、以下のような種々の検証を十分に行い、正確な1/fノイズ測定を実施いたします。

測定と検証内容

  • 1/fノイズ測定開始時でのシステムキャリブレーション
  • 1/fノイズ測定データ再現性検証
  • デバイスの不安定動作チェック
  • 簡易的な1/fノイズバラツキ検証
  • 線形、飽和領域における1/fノイズ特性の妥当性検証
  • 1/fノイズのサイズ依存性検証
  • Nch, Pchに対する1/fノイズ特性の妥当性検証

1/fノイズモデリング

BSIM3,4やHiSIM2の1/fノイズモデルは、パラメータ値のコンビネーションによっては回路シミュレーション時に非現実的な振る舞いを示します。弊社では、そのようなことがおきない最適なパラメータのコンビネーションを抽出します。
また、サイズ依存を十分に考慮し、1/fノイズサイズ依存モデル式では追随できない部分について、不連続が生じないビンニング手法を適用します。
他社の抽出サービスでは、弊社で実施しているような十分な測定や検証が行われていないことも多くあり、回路でのノイズシミュレーション結果が測定値と大きくずれるというお言葉をよくお聞きします。
デバイスの持つ真の1/fノイズに関する測定とモデリングをご希望される方や回路での高精度ノイズシミュレーションをお考えの方は、是非とも弊社の1/fノイズモデル作成サービスをご検討ください。

コンサルティング・技術セミナー

モーデックは、創立以来、数多くの1/fノイズ測定・モデリングを実施してきました。
その測定スキルとノウハウを、コンサルティングやセミナーという形でご提供することも可能です。
お客様の問題解決に最適な方法でサポートいたしますので、1/fノイズ関連でお困りの場合は、是非お気軽にお問い合わせください。

無料サポート

ご依頼いただいたお客様にはもれなく、3ヶ月間の無料サポート期間を設けております。
納品物をご確認いただき、測定結果や抽出パラメータに関する疑問や不具合がございましたら、お気軽にお問い合わせください。ご納得いただけるまで、しっかり対応いたします。

測定システム

使用測定機器

- 1/fノイズ測定システム

  • Keysight : E4727A
    - 安定した低システムノイズ(-183dBV2/Hz,0.67nV/sqrt(Hz)@10KHz)の実現
     ・入力・出力端子及び基板バイアス用モジュールをDUT近傍に配置することで低ノイズ化を実現
     ・コーナー周波数の低周波化(10kHz→20Hz)
    - 外来ノイズ、設置環境に強い測定システムの実現
     ・モジュール本体には、3重の電磁シールドを実施
     ・2重シールドケーブルの採用
    - デバイスに合わせたシステム構築
     ・Diode, BJT, MOSFET, HEMTの各種デバイスに対応
     ・0.03Hz~40MHzの最大周波数レンジを持ち、超低周波動作デバイス向けの測定が可能
     ・最大0.1A/200V/10Wの電流/電圧/電力レンジを持ち、パワーデバイスにも対応可能

- 半導体パラメーターアナライザー

  • Keysight : E5270B

サービスのご利用方法

1/fノイズ測定サービスの流れ

1. お問い合わせ・お見積り
測定サンプルや測定条件、年間契約の有無などにより、サービス料金が異なりますので、まずはお問い合わせください。
本サービスの専門スタッフが対応いたします。
  • お見積りに必要な情報
    ・対象デバイス
     例)MOSFET、BJTなど
    ・測定条件
     例)バイアス条件、温度、周波数範囲など
    ・希望納期
  • 年間契約
    モーデックでは、測定条件数や測定依頼回数が多いお客様向けに年間会員制度を設けています。
    1/fノイズ測定を複数回ご依頼予定のお客様は、是非、年間会員制度をご検討ください。

    年間会員のメリット

    • 測定予約ができる。
      予め、測定希望のスケジュールをお知らせいただくことで、システムの利用予約が可能です。
      急なスケジュール変更にも優先対応いたします。
    • お得な会員料金で1/fノイズ測定サービスを利用できる。
      会員申し込み時に、年会費をお支払いいただくことで、トータルのご利用料金がお得になります。
      測定する回数や条件数が多いほどお得になり、年会費を含んでも測定費用はスポット測定の場合よりもリーズナブルな料金となります。年間契約を更新していただきますと、割引率が更にアップします。測定回数が多い年だけ年間契約していただいても構いません。
2. デバイス測定
豊富な専門知識と熟練の測定技術を持つエンジニアが、最新の測定システムを用いて実施いたします。 測定とモデリングをセットでご依頼の場合、正確な測定データを元にモデリングを実施します。
3. 測定結果報告
以下のものを納品するともに、3ヶ月間の無料サポート期間を設けております。納品後の測定結果や抽出モデルに関する疑問や不具合に対応いたします。
[測定のみ] 測定結果レポート、測定値データ
[モデリングセット] モデリングレポート(測定値とシミュレーション値の比較)、測定値データ、抽出パラメータ

実績

CMOSデバイス測定/モデリング(0.13μm CMOS)の例

達成実績

使用デバイスサイズ、バイアス、周波数における1/fノイズ電流密度のフィッティング精度において±1dB以内

 

測定&モデリング結果:PチャネルMOSFET測定とシミュレーション例 (Vds = -3V)

1/f ノイズグラフ

OPアンプによる回路検証の例

達成実績

回路におけるノイズ特性誤差 ±15%以内

  • TEL:042-656-3360 〔受付時間〕平日9:00~18:00