• • نویز حرارتی ترانزیستورها

• • از آنجایی که ماسفت_­ها مقاومت­هایی کنترل شده با ولتاژند، مقاومت کانال آن­ها نویز حرارتی

• • • تولید می­ کنند. اگر ترانزیستور در ناحیه­ی تریود باشد، جریان نویز حرارتی در درین ناشی از مقاومت کانال، براحتی از رابطه­  بدست می ­آید که در آن  مقاومت کانال می­باشد. اگر ترانزیستور در ناحیه­ی فعال باشد، نمی­ توان کانال را همگن درنظر گرفت. بنابراین کل نویز با انتگرال­گیری روی قسمت­ های کوچک کانال بدست می ­آید. این منبع نویز را می­توان با یک منبع جریان موازی با درین-سورس ترانزیستور مدل کرد. چگالی طیف توان این منبع نویز به صورت زیر تعریف می­ شود.

  

که در آن  ترارسانایی کانال است.  ضریبی است که برای ترانزیستورهای تکنولوژی با طول کانال بلند برابر با  است و برای ماسفت­های زیر میکرون با مقادیر بزرگتر جایگزین می­ شود[۳] و [۱۶]. همانطور که از رابطه­ (۲-۲۷) نیز مشاهده می­ شود با کاهش ترارسانایی ترانزیستور می­توان اثر این نویز را کاهش داد. شکل (۲-۲۸) نمایش این نویز در ترانزیستور را نشان می­دهد.
نمایش نویز حرارتی یک ترانزیستور

1. 1. نویز شاتکی

نویز شاتکی^[۱۸] همیشه با جریان مستقیم و در دیود، ماسفت و ترانزیستور دوقطبی همراه است. شکل (۲-۲۹) تراکم حامل­ها در دیود دارای بایاس مستقیم را نشان می­دهد.
جریان مستقیم دیود I از حفره­های ناحیه­ی p و الکترون­های ناحیه­ی n ناشی می­ شود، البته آنهایی که انرژی کافی برای غلبه بر سد پتانسیل را دارند. عبور هر حامل از پیوند که می ­تواند به صورت یک
 
(a): بایاس مستقیم پیوند pn . (b): غلظت حامل­ها در دیود
رخداد تصادفی مدل شود، به این بستگی دارد که حامل چقدر انرژی دارد و مولفه­ی سرعت آن در جهت عمود بر پیوند چقدر است. بنابراین جریان خارجی I که جریانی پیوسته به نظر می­رسد، در واقع از تعدادی زیادی پالس جریان تصادفی و مستقل تشکیل شده است.
اگر جریان روی یک اسیلوسکوپ حساس مشاهده شود، به صورت شکل (۲-۳۰) دیده می­ شود، I_D مقدار متوسط جریان است. تغییرات I نویز شاتکی نامیده می­ شود.

جریان دیود به صورت تابعی از زمان
بنابراین دوشرط لازم باید برقرار شود تا شات نویز حاصل گردد. ابتدا باید یک جریانDC برقرار شده و سپس سد پتانسیلی جلوی حرکت حامل­های بار وجود داشته باشد. بر این اساس انتظار می­رود که جریان شات نویز به بار الکترون، کل جریان DC برقرار شده و پهنای باند وابسته باشد. در حقیقت شات نویز به کلیه این عوامل وابسته است. پس داریم

که q بار الکترون و برابر با  ، I_dc جریان برحسب آمپر و پهنای باند نویز برحسب هرتز است [۳] و [۲].

1. 1. نویز فلیکر

نویز  یا فلیکر^[۱۹] یکی دیگر از منابع مهم نویز در نوسان‌سازهای CMOS می­باشد که از آن با نام نویز لرزان ترانزیستورهای ماسفت نیز یاد می­ شود و به صورت یک منبع ولتاژ سری با گیت مدل می­ شود. طیف نویز  به صورت معکوس با فرکانس رابطه دارد و این باعث می شود تنها در فرکانس­های پایین و فرکانس­های حوالی حامل دارای مقدار قابل ملاحظه باشد.
منشا این نویز در ترانزیستور MOS را نیز می­توان بدین شکل توضیح داد ]۳[: در محل اتصال اکسید گیت و زیربنای^[۲۰] سیلیکانی در ماسفت معمولاً تعدادی پیوند آویزان وجود دارند که حالت­های انرژی اضافه تولید می­ کنند، شکل (۲-۳۱). وقتی که حامل­های بار در این محل حرکت می­ کنند، تعدادی از آنها بطور تصادفی به دام می­افتند و بعد دوباره آزاد می­شوند که این فرایند باعث ایجاد نویز فلیکر در جریان درین می­ شود. اعتقاد بر این است که چند ساز و کار دیگر نیز علاوه بر این در تولید نویز فلیکر موثرند[۱۵]
 
پیوندهای آویزان در مرز اکسید سیلیکن[۳]
بر خلاف نویز حرارتی توان متوسط نویز فلیکر را نمی­ توان به آسانی پیشگویی کرد. بسته به تمیزی مرز اکسید سیلیکان، نویز فیلکر مقادیر متفاوتی خواهد داشت و از یک فرایند CMOS به فرایند دیگر آن تغییر می­ کند. نویز فلیکر را به صورت یک منبع ولتاژ سری با گیت مدل می­ کنند و تقریبا برابر است با

K یک مقدار ثابت وابسته به فرایند ساخت است و در حدود (V²F) 10^-25 می­باشد. توجه شود که پهنای باند ۱Hz است. برخلاف نویز­های دیگر، چگالی طیفی نویز فلیکر با فرکانس نسبت عکس دارد. به عنوان مثال، پدیده­ به دام اندازی و رهایش مربوط به پیوندهای آویزان در فرکانس­های کمتر بیشتر روی می­دهد و به همین دلیل نویز فیلکر را نویز ۱/f نیز می­نامند. رفتار فرکانس پایین این نویز در شکل (۲-۳۲) نشان داده شده است

مشخصه نویز  یک ترانزیستور
وابستگی معکوس معادله­ (۲-۲۹) بهL و W بیانگر آن است که برای کاهش نویز، سطح ترانزیستور باید افزایش یابد. این در حالی است که امروزه با پیشرفت تکنولوژی CMOS طول ترانزیستورها در حال کاهش است. همچنین ادوات PMOS نیز نویز ۱/fکمتری نسبت به NMOS دارند زیرا در ترانزیستورهای PMOS، حفره­ها از طریق یک کانال مدفون حرکت می­ کنند که از مرز اکسید سیلیکان فاصله دارد [۳].