Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD (대한전자공학회논문지SD)

The Institute of Electronics and Information Engineers (대한전자공학회)
권호 표지

Analytical Formula of the Excess Noise in Homogeneous Semiconductors

균질 반도체의 과잉 잡음에 관한 해석적 식

  • Park, Chan-Hyeong (Department of Electronics and Communications Engineering, Kwangwoon University) ;
  • Hong, Sung-Min (School of Electrical Engineering, Seoul National University) ;
  • Min, Hong-Shick (School of Electrical Engineering, Seoul National University) ;
  • Park, Young-June (School of Electrical Engineering, Seoul National University)
  • Published : 2008.09.25
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Abstract

Noise in homogeneous extrinsic semiconductor samples is calculated due to distributed diffusion noise sources. As the length of the device shrinks at a fixed bias voltage, the ac-wise short-circuit noise current shows excess noise as well as thermal noise spectra. This excess noise behaves like a full shot noise when the channel length becomes very small compared with the extrinsic Debye length. For the first time, the analytic formula of the excess noise in extrinsic semiconductors from velocity-fluctuation noise sources is given for finite frequencies. This formula shows the interplay between transit time, dielectric relaxation time, and velocity relaxation time in determining the terminal noise current as well as the carrier density fluctuation. As frequency increases, the power spectral density of the excess noise rolls off. This formula sheds light on noise in nanoscale MOSFETs where quasi-ballistic transport plays an important role in carrier transport and noise.

균일하게 도핑된 반도체에서, 분포된 확산 잡음원에 의해서 발생하는 단자잡음전류의 전력주파수밀도를 계산하였다. 고정된 전압에서 반도체의 길이가 작아짐에 따라, 또는 주어진 반도체에서 전류레벨이 증가함에 따라, AC 단락잡음전류는 열잡음 뿐만 아니라 과잉잡음을 보인다. 이 과잉잡음은 채널길이가 외인성 Debye 길이에 비해 매우 작은 경우에는 산탄잡음의 스펙트럼과 같은 모습을 보인다. 유한한 주파수에서 속도요동 잡음원에 의한 외인성 반도체에서 발생하는 과잉잡음을 최초로 유도하였다. 유도된 과잉잡음 공식은 반도체 채널의 통과 시간, 유전 이완 시간, 속도 이완 사이의 상호 작용에 따라 단자잡음 전류와 캐리어 농도 요동이 결정됨을 명시적으로 보여준다. 또한 유도된 해석적 식을 사용하여 여러 가지 반도체 샘플 길이와 바이어스, 주파수에 따른 잡음 스펙트럼의 변화도를 계산하였다. 유도된 공식은 quasi-ballistic 수송현상이 중요한 역할을 하는 나노스케일 MOSFET의 잡음 발생 기제를 이해할 수 있는 기반이 된다.

Keywords

References

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