A Study on the Theory of $\frac {1}{f}$ Noise in Electronic Devies

전자소자에서의 $\frac {1}{f}$잡음에 관한 연구

The 1/f noise spectrum of short-circuited output drain current due to the Shockley-Read-Hal] recombination centers with a single lifetime in homogeneous nondegenerate MOS-field effcte transtors with n-type channel is calculated under the assumptions that the quasi-Fermi level for the carriers in each energy band can not be defined if we include the fluctuation for time varying quantities. and so 1/f noise is a majority carrier effect. Under these assumptions the derived 1/f noise in this paper show some essential features of the 1/f noise in MOS-field effect transistors. That is, it has no lowfrequency plateau and is proportionnal to the channel cross area A and to the driain bias voltage Vd and inversely proportional to the channel length L3 in MOS field effect transistors. This model can explain the discrepancy between the transition frequency of the noise spectrum from 1/f- response to 1/f2 and the frequency corresponding to the relaxation time related to the surface centers in p-n junction diodes. In this paper the results show that the functional form of noise spectrum is greatly influenced by the functional forms of the electron capture probability cn (E) and the relaxation time r (E) for scattering and the case of lattice scattering show to be responsible for the 4 noise in MOS fold effect transistors. So we canconclude that the source of 1/f noise is due to lattice scattering.

반도체 소자에서 생기는 1/f 형의 잡음의 근원이 무엇인가에 대해 지금까지 여러 이론이 나왔다. 그중에도 Mcwhorter's Surface model이 대표적인 이론이었다. 그러나 Hooge는 이론에 반기를 들고 나왔다. Hooge의 이론에 의하면 thermo cell이나 Concentration cell에서의 1/f-형의 잡음이 표면효과(surface effect)가 아니라는 것이다. 본 논문에서는 이 두 대표적인 이론을 종합검토할 수 있는 Langenvin type의 Boltzmann transport equation에 입각하여 새로운 일반이론을 세웠다. 본 논문에서는 N형 채널을 갖고 있는 금속산화물반도체 전계효과 트랜지스터에서 단일준의 Shockley-Read-Hall recombination center에 의한 단락회로에서 드레인의 1/f-형 잡음스펙트럼을 계산하기 위해 시간에 따라 변화하는 양을 포함시키므로써 각 에너지대의 케리어에 대해 준-페르미준위를 정의할 수 없다고 가정했으므로, 1/f-형의 잡음은 다수케리어 효과에 기인한다고 가정했다. 이러한 가정하에서 유도된 1/f-형의 잡음은 금속산화물반도체 전계효과 트랜지스터에서 1/f-형의 잡음에 중요한 요인들을 모두 보여주었다. : 적주파에서 플렛티유를 나타내지 않았고 채널의 면적 A와 드레인 바이어스 전압 V에 비례하고 체널의 길이 L에 반비례한다. 본 논문의 모델에서는 1/f-응답에서 1/f2에 대한 잡음스트럼의 전이주파수와 P-n 합다이오우드의 surfact center에 관계되는 완화시간(relaxation time)에 대응하는 주파수 사이를 구별하여 설명할 수 있었다. 본 논문의 결과에서 1/f-형 잡음스펙트럼은 격자산란이 주원인이 된다. 금속산화물반도체 전계효과 트랜지스터를 살펴보면 격자산란이 주로 표면에서 일어나기 때문에 1/f-형 잡음이 표면효과라고 말할 수 있다.