电子器件噪声的分形分析方法及软件研究.pdf

摘要 摘要 随着微电子技术不断发展，半导体器件已经达到深亚微米尺度。由于半导体 器件的噪声与器件激活区域的面积成反比，所以深亚微米器件的噪声倍受人们关 注，电子器件的内部噪声(特别是以1／f噪声为代表的低频噪声)，是制约器件灵 敏度和精度的一个关键指标，同时也是表征器件质量和可靠性的一个重要敏感参 数。噪声作为电子器件可靠性的表征方法和电路模块的诊断工具在国际上已得到 相当广泛的研究和应用，其中1／f噪声是最具有研究价值。 由于噪声信号并不是完全随机的，还具有一定的相关特性，功率谱分析就成 为其最常用的分析方法。该方法基于傅里叶变换的频谱特征参数(主要是点功率 谱、拟合功率谱幅值和y指数)的提取，注重了对噪声信号的整体关联性的表征， 而忽略了信号时间域的局部奇异性。而且对于非平稳信号处理，功率谱分析方法 效果也不好。由于功率谱的种种不足，使人们迫切需要一种新的噪声分析方法。 分形分析方法就是一种很有潜力的新方法。 分形学主要研究对象是自然界中存在的不规则、不光滑的物体，而噪声就是 不规则的、处处奇异的信号。本文选取了几种典型的噪声分形分析方法，它们包 括噪声分维的计算方法，去趋势分析方法，多分形奇异谱以及局部hSlder指数的 计算方法。对这些方法进行研究，提取算法并编程实现。应用这些新方法对模拟 噪声信号和检测电噪声信号进行研究，得到了一些初步结果： 噪声的分维是与频率指数完全不同的表征参量。相同的频率指数不同的模型 信号其分维有所不同。应用去趋势分析法分析电迁移噪声信号，研究发现电迁移 噪声存在着复杂的关联性，信号的长、短程关联性在实验前与临断路前两种状态 下会发生变化；而通过对电迁移样品在各个时间段的噪声奇异谱分析，会发现样 品信号的奇异值在各个阶段也会经历不同的变化，奇异值以及关联值的变化对于 表征电迁移发展过程及预测互联失效都是比较有效的，可以作为新的电迁移过程 表征参量。通过对光电耦合器件噪声的局部hSlder指数的计算，如果平均h51der 指数趋近于0，也往往预示着光耦中存在着大量的爆裂噪声，这也为光耦的筛选 提供有效判据。 分形分析的方法作为新的电噪声处理手段是比较有效的，它为进一步的噪声 及其模型的研究和鉴定提供了有效的表征方法，也为器件老化筛选提供了一个简 便而快捷的途径。可以预见，分形方法具有较好的应用前景。 关键词：噪声分形分析奇异性分形维数关联性 Abstract Abstract Winlthe ofthe the ofthe scaleof circuit．thedevices ent甜gement integrated semiconductorhave reachedsub-micrometerlevel．Becau∞thenoiseof already deep thedeviceis totheareaofthe thenoiseisconcerned proportional device，so inversely becomethe forresearchwhichcantbe in bypeopleextremely,andsubject ignored theminside thenoiseoflow miniaturization．Among noise(especially frequency 1／f isa indexof the ofthedevice representedby noise)，itkey