É-2-3 Bruit en1/f:
Ce bruit s'appel également "bruit de scintillation" ou
"bruit en excès" (ce dernier terme est réservé aux
résistances, pour le distinguer du bruit thermique).
Une composante de bruit rencontrée
expérimentalement en basse fréquence dont la densité
spectrale varie en 1/fâ , le coefficientâ
est compris entre 0.8 et 1.3.
Aucune explication générale concernant les
origines de ce bruit n'a été donnée jusqu'à
présent. Néanmoins, on reconnaît que ce type de bruit est
rencontré dans tous les dispositifs actifs, structures semi-conductrices
distribuées et également dans les résistances à
couche de carbone. Il est toujours lié au passage d'un courant (en sens
direct) et qu'il dépend, dans la plupart des cas, de l'état de
surface [2].
Plusieurs auteurs ont mis en évidence des
théories et des hypothèses afin d'apporter une explication des
origines physiques de ce bruit, jusqu'à des temps proches la
théorie prédominante était celle qui mettait en jeu les
propriétés des états de surfaces des composants
(théorie de McWhorter) [6].
En 1969 Hooge a publié une équation empirique, par
la suite développé par Vander Ziel, faisant appelle à
l'effet de volume [7].
É-2-3-1 Théorie de McWhorter:
Cette théorie est basée sur les
phénomènes de piégeage et de dépiégeage des
porteurs liés aux propriétés de surfaces des
semi-conducteurs. En effet, la surface contient des pièges
CHAPITRE I Aspects physiques du bruit page
:9
2
4. Ä N
(I .27)
et des centres recombinant qui trouvent leurs origines dans
les défauts, dislocations ou impuretés vraies introduits
inévitablement dans les couches superficielles aux divers stades de la
fabrication du composant.
Le phénomène de piégeage des porteurs
engendre le bruit 1 f qui est du à la fluctuation du
nombre de porteurs ÄN de N .
L'approche utilisée est dérivée du spectre
de Lorentz [5] [7] tel que la densité de fluctuation des porteurs
s'écrit:
ô
S Ä N = 4.ÄN2
(² .22)
+( 2.ð.f.T)2
1
Avec ÄN 2 : variance des fluctuations.
Pour les N porteurs dans l'échantillon et les multiples
niveaux de pièges la densité totale de fluctuation des porteurs
s'écrit:
ô i
S N ( f ) = 4 . ÄNi 2
1 + ( 2ð. f i)2 (² .23)
On passe a l'intégrale en faisait intervenir une
densité de probabilité g (ô) telle que
:
8
g ( ô ).dô =1 (²
.24)
0
Ainsi la densité spectrale du nombre de porteurs
s'écrit:
1 2 . . .
+ ( )
8
SN ( f ) = 4 .
ÄN2.1
0
g( ô)
ð ô
f 2 .dô (² .25)
Pour le cas particulier ( ) ( ( ) )
1 ô ln ô 2 ô
1
= ô 1 = ô = ô 2
g ô 0 ailleurs
En intégrant l'équation (1.25) on trouve :
4 N 2
Ä
SN f
( ) =r
larctg Var. f .ô
2) - arctg ( 2. ð. f (² .26)
2. ð. f. ln V2 )
Pour 1/2. ðô 2 = f = 1 /
2 .ð .ô 1 On aura:
CHAPITRE É Aspects physiques du bruit page
:10
De l'équation (² .27) on voit que la
densité spectrale de fluctuation des porteurs est proportionnelle
à la distribution des pièges dans la surface. Ce terme peut
être minimisé en améliorant les propriétés de
surface.
Par ailleurs, la fluctuation des porteurs traduisant la
fluctuation du courant provoqué par les échanges
aléatoires des porteurs entre la surface du semi-conducteur et l'oxyde
contaminé qui est gouverné par l'effet tunnel est donnée
par :
ô 2 = ô1. exp
(ã.Æ0) (² .28)
ã =1010cm - 1 est le paramètre de
tunnel
Æ 0 est la distance moyenne entre les piéges
La densité spectrale des porteurs s'écrit alors
:
N 2
4 Ä
S ( ) . .ã
= (I.29)
N f f Æ 0
| 
