Физические источники шумов в твёрдых телах

Существует несколько видов электрических шумов в твердых телах, различающихся по физической природе и математическому описанию. Шумы характеризуется своим частотным спектром, распределением амплитуды и физическим источником (происхождением). Рассмотрим основные виды шумов. В интегральных микросхемах и электронных приборах основными источниками шумов являются резисторы, контакты, полупроводниковые диоды и транзисторы. К важнейшим видам шумов относятся; тепловой, дробовой, генерационно-рекомбинационный (ГР), взрывной шум или шум в виде случайного телеграфного сигнала (СТС шум), фликкер-шум. Последний вид шума называют также шумом вида 1/f или 1/fшум.

       Кроме названных видов шумов, в твердых телах, в особенности, в элементах малых размеров наблюдается еще один вид шума, обусловленный температурными флуктуациями тела, возникающими из-за теплообмена между этим телом и термостатом (окружающей средой)вследствие флуктуаций мощности испускаемого и поглощаемого излучения.В ИС существуют флуктуации теплообменас окружающим пространством различных теплопроводящих элементов (транзисторы, резисторы, межсоединения и т.д.).

В этом разделе будут рассмотреныфизические механизмы возникновения каждого из названных видов шумов в твердых телах (металлах, полупроводниках), а также различные виды флуктуаций в природных и в биологических системах.

3.1. Тепловой шум.

В любом проводнике или полупроводнике всегда имеются свободные носители тока, находящиеся в хаотическом тепловом движении. При этом может оказаться, что в определенный момент времени в одном направлении движется больше электронов, чем в другом. Поэтому даже в отсутствие внешней ЭДС мгновенные значения тока, текущего через проводник, отличны от нуля. Эти мгновенные изменения тока вызывают на концах проводника флуктуации напряжения, которые и создают тепловой шум.

На микроскопическом уровне причиной флуктуаций напряжения и тока в проводнике является хаотическое тепловое движение носителей заряда и их случайное рассеяние на колебаниях кристаллической решетки (на фононах) и на дефектах. Для тонких пленок и наноразмерных проводников, когда один из размеров проводника сравним со средней длиной свободного пробега носителей, необходимо учитывать и механизм рассеяния на границах поверхности пленки.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector