本發(fā)明涉及一種復合介質(zhì)柵光敏探測器的非穩(wěn)態(tài)激勵噪聲測試方法，屬于成像探測器件的噪聲測試，尤其是探測器器件級的閃爍噪聲、rtn噪聲、非穩(wěn)態(tài)噪聲以及讀出噪聲。

背景技術：

1、由于數(shù)碼和視頻相機、移動成像、監(jiān)控和生物測定領域的需求，固態(tài)成像傳感器市場一片繁榮，正經(jīng)歷指數(shù)式增長。傳統(tǒng)上，ccd(charge-coupled?device，感光耦合組件又稱電荷耦合器件)是占據(jù)主導地位的成像技術。但隨著cmos(complementary?metal?oxidesemiconductor，互補金屬氧化物半導體)技術的快速發(fā)展，使得cmos圖像傳感器(cmosimage?sensor，cis)技術在諸多領域得到廣泛應用，如pc相機、移動電話、高端數(shù)碼相機等領域。而且，隨著技術的迭代優(yōu)化，在某些性能方面可以與ccd相媲美，其已經(jīng)成為ccd的可替代產(chǎn)品。但是常見的cmos-aps(有源像素主動式傳感器(aps))由光電二極管和讀出選通晶體管組成，通常有四五個晶體管，隨著像元尺寸的減小，cis很難維持一個較大的滿阱電荷以獲得較大的信噪比，這使得圖像質(zhì)量難以得到保證。

2、目前，專利cn201210442007.x提出了一種基于復合介質(zhì)柵mosfet的雙晶體管光敏探測器，該探測器在縮小了像元尺寸的同時，可以保證像素的高滿阱。

3、已有報道的復合介質(zhì)柵光敏探測器的讀取方法，只能從芯片級的層面去獲得整個芯片內(nèi)像素陣列的總體噪聲數(shù)據(jù)，而無法從器件級的層面去獲得芯片中某一個具體像素器件的噪聲數(shù)據(jù)，從而無法從單個像素器件的角度對其進行優(yōu)化；因此亟需一種適合該復合介質(zhì)柵光敏探測器的器件級噪聲測試系統(tǒng)和表征方法。

4、而且，考慮到復合介質(zhì)柵光敏探測器讀出方式的特別性，通常的適用于ccd和cis的像素級噪聲表征方式以及測試系統(tǒng)對于該新型探測器并不適用。ccd和cis通常采用源跟隨器電平轉移的讀出方式，將ccd和cis傳感器在輸出節(jié)點電容內(nèi)存儲的電壓信號直接轉移到adc(模擬數(shù)字轉換器即a/d轉換器)進行量化讀取，因此在表征其噪聲時，只需要對輸出節(jié)點在穩(wěn)態(tài)激勵下的輸出電壓信號直接進行讀取分析即可。而對于上述基于復合介質(zhì)柵mosfet的雙晶體管光敏探測器而言，其輸出的信號包含在探測器的mosfet晶體管閾值電壓變化當中，探測器在感光和非感光時，其mosfet的閾值電壓會隨著接受到的光信號的強弱而線性變化，量化閾值電壓是通過對mosfet進行斜坡電壓掃描來實現(xiàn)的，所以亟需一種能夠產(chǎn)生非穩(wěn)態(tài)激勵的噪聲測試系統(tǒng)來對該探測器進行噪聲的測試方法。

技術實現(xiàn)思路

1、[技術問題]

2、已有報道的復合介質(zhì)柵光敏探測器的讀取方法，只能從芯片級的層面去獲得整個芯片內(nèi)像素陣列的總體噪聲數(shù)據(jù)，而無法從器件級的層面去獲得芯片中某一個具體像素器件的噪聲數(shù)據(jù)，從而無法從單個像素器件的角度對其進行優(yōu)化。

3、[技術方案]

4、為了解決上述問題，本發(fā)明采用了一種復合介質(zhì)柵光敏探測器的非穩(wěn)態(tài)激勵噪聲測試系統(tǒng)，以及提出了噪聲測試系統(tǒng)說明在穩(wěn)態(tài)、非穩(wěn)態(tài)的兩種不同的工作模式下的工作方法。

5、本發(fā)明的第一個目的是提供一種復合介質(zhì)柵光敏探測器的非穩(wěn)態(tài)激勵噪聲測試系統(tǒng)，包括硬件部分和軟件部分，硬件部分包括電流電壓信號采樣分析儀、晶圓測試探針臺和非穩(wěn)態(tài)激勵函數(shù)信號發(fā)生器三個模塊；軟件部分包括任意波形文件生成程序和電流噪聲分析程序兩部分；待測對象為復合介質(zhì)柵光敏探測器；

6、其中，復合介質(zhì)柵光敏探測器包括控制柵電極、源電極、漏電極、襯底電極四個獨立電極；

7、非穩(wěn)態(tài)激勵信號函數(shù)信號發(fā)生器包括一個接收外部觸發(fā)信號的接口和一個向外發(fā)射函數(shù)信號的接口；

8、硬件部分按照如下的方式連接：

9、待測的復合介質(zhì)柵光敏探測器通過晶圓測試探針臺的4個端口smu1、smu2、smu3、smu4向外連接；電流電壓信號采樣分析儀的三個smu端口通過晶圓測試探針臺連接到復合介質(zhì)柵光敏探測器的漏電極、襯底電極和源電極，第四個smu端口連接到非穩(wěn)態(tài)激勵函數(shù)信號發(fā)生器的觸發(fā)輸入端口；非穩(wěn)態(tài)激勵函數(shù)信號發(fā)生器的信號輸出端口通過晶圓測試探針臺連接到光敏探測器的控制柵電極；經(jīng)過硬件部分實驗測試后得到的實驗原始數(shù)據(jù)將存儲在電流電壓信號采樣分析儀中；

10、軟件部分按照如下方式運行：

11、任意波形文件生成程序?qū)凑諟y試需求生成指定的非穩(wěn)態(tài)激勵信號波形文件，并將該波形文件輸入到非穩(wěn)態(tài)激勵信號函數(shù)發(fā)生器中；

12、電流噪聲分析程序能夠讀取由電流電壓信號采樣分析儀導出的電流數(shù)據(jù)，并根據(jù)工作模式的不同計算表征出待測的復合介質(zhì)柵光敏探測器的噪聲表現(xiàn)。

13、在本發(fā)明的一種實施方式中，晶圓測試探針臺與復合介質(zhì)柵光敏探測器的四個獨立電極直接相連，形成復合介質(zhì)柵光敏探測器四個獨立電極向外的接口，用以和外部測試儀器實現(xiàn)電學連接。

14、在本發(fā)明的一種實施方式中，電流電壓信號采樣分析儀包括四個獨立的測試端口smu1、smu2、smu3、smu4，這四個獨立的測試端口中的smu1、smu2、smu3與晶圓測試探針臺形成的復合介質(zhì)柵光敏探測器的向外的接口中的源電極、漏電極、襯底電極直接相連，實現(xiàn)電流電壓信號采樣分析儀和復合介質(zhì)柵光敏探測器的電學連接；第四個測試端口smu4偏置于非穩(wěn)態(tài)激勵信號函數(shù)信號發(fā)生器的接受外部觸發(fā)信號的接口，用以觸發(fā)所述的函數(shù)信號發(fā)生器。

15、在本發(fā)明的一種實施方式中，非穩(wěn)態(tài)激勵信號函數(shù)信號發(fā)生器的向外發(fā)射函數(shù)信號的接口與晶圓測試探針臺形成的四個復合介質(zhì)柵光敏探測器的向外的接口中的第四個控制柵電極直接相連，實現(xiàn)非穩(wěn)態(tài)激勵信號函數(shù)信號發(fā)生器和待測復合介質(zhì)柵光敏探測器的電學連接。

16、在本發(fā)明的一種實施方式中，任意波形文件生成程序?qū)凑諟y試需求生成指定的非穩(wěn)態(tài)激勵信號波形文件，并將該波形文件輸入到非穩(wěn)態(tài)激勵信號函數(shù)發(fā)生器中。

17、在本發(fā)明的一種實施方式中，非穩(wěn)態(tài)激勵信號函數(shù)信號發(fā)生器將在電流電壓信號采樣分析儀的控制下，按照任意波形文件中的信號波形輸出指定的函數(shù)信號，并將其偏置于復合介質(zhì)柵光敏探測器的控制柵電極上。

18、在本發(fā)明的一種實施方式中，電流電壓信號采樣分析儀將控制整個測試系統(tǒng)的測試流程，同時利用測試端口采集待測的復合介質(zhì)柵光敏探測器的漏電極的電流數(shù)據(jù)，并將其保存在分析儀內(nèi)部。

19、本發(fā)明的第二個目的是提供本發(fā)明所述的復合介質(zhì)柵光敏探測器的非穩(wěn)態(tài)激勵噪聲測試系統(tǒng)的工作方法，所述的工作方法分為兩種，第一種為穩(wěn)態(tài)激勵電流采樣的工作方法，第二種為非穩(wěn)態(tài)激勵電流采樣的工作方法。

20、在本發(fā)明的一種實施方式中，穩(wěn)態(tài)激勵電流采樣的工作方法，包括如下步驟：

21、(1)器件探針連接階段：

22、將待測的復合介質(zhì)柵光敏探測器放入晶圓測試探針臺中，并將光敏探測器的源電極、漏電極、襯底電極、控制柵電極四個電極通過晶圓測試探針臺上的探針轉接為對外的四個接口；

23、(2)電流電壓信號采樣分析儀初始化階段：

24、將電流電壓信號采樣分析儀的三個恒定電壓信號設置到合適的電壓值(0v、0.5v和-3v)，通過測試端口smu1、smu2、smu3分別偏置于待測的復合介質(zhì)柵光敏探測器的源電極、漏電極和襯底電極；將電流電壓信號采樣分析儀的第四個恒定電壓信號設置到合適的電壓值(2.5v)，通過測試端口smu4偏置于非穩(wěn)態(tài)激勵信號函數(shù)信號發(fā)生器接收外部觸發(fā)信號的接口上；

25、(3)非穩(wěn)態(tài)激勵信號函數(shù)信號發(fā)生器初始化階段：

26、設置非穩(wěn)態(tài)激勵信號函數(shù)信號發(fā)生器的輸出為穩(wěn)定的直流電壓(2.5v)，通過信號輸出端偏置于待測的復合介質(zhì)柵光敏探測器的控制柵電極，此階段保持信號發(fā)生器的信號輸出關閉；

27、(4)測試階段：

28、利用電流電壓信號采樣分析儀控制整個系統(tǒng)的運行，當其開始運行時，端口smu1、smu2、smu3、smu4的信號開始輸出，待測的復合介質(zhì)柵光敏探測器的源電極、漏電極和襯底電極被正確偏置，非穩(wěn)態(tài)激勵信號函數(shù)信號發(fā)生器將被觸發(fā)產(chǎn)生信號輸出，輸出的信號將被施加在待測的復合介質(zhì)柵光敏探測器的控制柵電極上；與此同時，電流電壓信號采樣分析儀將實時采集待測的復合介質(zhì)柵光敏探測器漏電極上的電流，并將其存儲在一個原始數(shù)據(jù)的csv格式文件中；

29、(5)數(shù)據(jù)處理階段：

30、經(jīng)過測試階段后，得到了待測的復合介質(zhì)柵光敏探測器在控制柵電極受到恒定直流偏置條件下時，漏電極上的直流電流原始數(shù)據(jù)；

31、將原始數(shù)據(jù)導入到計算機上的matlab程序內(nèi)，通過將其前置濾波處理后再進行快速傅里葉分析和功率譜密度計算，即得到待測的復合介質(zhì)柵光敏探測器在恒定控制柵偏置條件下的漏電極電流噪聲譜。

32、在本發(fā)明的一種實施方式中，非穩(wěn)態(tài)激勵電流采樣的工作方法，包括如下步驟：

33、(1)器件探針連接階段：

34、將待測的復合介質(zhì)柵光敏探測器放入晶圓測試探針臺中，并將光敏探測器的源電極、漏電極、襯底電極、控制柵電極四個電極通過晶圓測試探針臺上的探針轉接為對外的四個接口；

35、(2)電流電壓信號采樣分析儀初始化階段：

36、將電流電壓信號采樣分析儀的三個恒定電壓信號設置到合適的電壓值(0v、0.5v和-3v)，通過測試端口smu1、smu2、smu3分別偏置于待測的復合介質(zhì)柵光敏探測器的源電極、漏電極和襯底電極；將電流電壓信號采樣分析儀的第四個恒定電壓信號設置到合適的電壓值(2.5v)，通過測試端口smu4偏置于非穩(wěn)態(tài)激勵信號函數(shù)信號發(fā)生器接收外部觸發(fā)信號的接口上；

37、(3)非穩(wěn)態(tài)激勵任意波函數(shù)信號產(chǎn)生階段：

38、利用任意波形文件生成程序產(chǎn)生所需要的函數(shù)信號波形，并將其保存為波形文件，將該波形文件導入到非穩(wěn)態(tài)激勵信號函數(shù)信號發(fā)生器中，其在測試過程中將能夠按照該波形文件產(chǎn)生所需要的輸出信號；

39、(4)非穩(wěn)態(tài)激勵信號函數(shù)信號發(fā)生器初始化階段：

40、設置非穩(wěn)態(tài)激勵信號函數(shù)信號發(fā)生器的輸出為穩(wěn)定的直流電壓(2.5v)，通過信號輸出端偏置于待測的復合介質(zhì)柵光敏探測器的控制柵電極，此階段保持信號發(fā)生器的信號輸出關閉；

41、(5)測試階段：

42、利用電流電壓信號采樣分析儀控制整個系統(tǒng)的運行，當其開始運行時，端口smu1、smu2、smu3、smu4的信號開始輸出，待測的復合介質(zhì)柵光敏探測器的源電極、漏電極和襯底電極被正確偏置，非穩(wěn)態(tài)激勵信號函數(shù)信號發(fā)生器將被觸發(fā)產(chǎn)生信號輸出，輸出的信號將被施加在待測的復合介質(zhì)柵光敏探測器的控制柵電極上；與此同時，電流電壓信號采樣分析儀將實時采集待測的復合介質(zhì)柵光敏探測器漏電極上的電流，并將其存儲在一個原始數(shù)據(jù)的csv格式文件中；

43、(6)數(shù)據(jù)處理階段：

44、經(jīng)過測試階段后，得到了待測的復合介質(zhì)柵光敏探測器在控制柵電極受到恒定直流偏置條件下時，漏電極上的直流電流原始數(shù)據(jù)；

45、將原始數(shù)據(jù)導入到計算機上的matlab程序內(nèi)，通過將其前置濾波處理后再進行快速傅里葉分析和功率譜密度計算，即得到待測的復合介質(zhì)柵光敏探測器在非穩(wěn)態(tài)激勵信號控制柵偏置條件下的漏電極電流噪聲譜；且在特定的非穩(wěn)態(tài)激勵信號條件下，可以根據(jù)實際的電流波形來提取波形當中的各種特定噪聲信息，獲取所述的原始數(shù)據(jù)中的各種噪聲數(shù)據(jù)。

46、[有益效果]

47、(1)相較于現(xiàn)有的穩(wěn)態(tài)激勵噪聲測試系統(tǒng)，本發(fā)明所述的噪聲測試系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)激勵工作模式能夠提供更高的電流信號采樣率，從而獲得電流信號中包含的更高頻率的頻譜信息，這為探測器的噪聲分析提供了更完整的數(shù)據(jù)分析支持。

48、(2)本發(fā)明所述的噪聲測試系統(tǒng)的非穩(wěn)態(tài)激勵工作模式能夠?qū)崿F(xiàn)任意非穩(wěn)態(tài)激勵信號偏置下的探測器噪聲分析，并且能夠針對復合介質(zhì)柵光敏探測器的讀出方式來提取特定的探測器噪聲信息，這是現(xiàn)有的噪聲測試系統(tǒng)尚未實現(xiàn)的功能。