ФЛИККЕР-ШУМ

ФЛИККЕР-ШУМ

(шум 1/f) - флуктуационный процесс, спектральная плотность к-рого S(f )при низких частотах ^растёт с понижением частоты по закону, близкому к , в к-ром показатель близок к 1 (см. Флуктуации электрические). Впервые шум 1/f обнаружен в 1925 Дж. Джонсоном (J. В. Johnson) при измерении флуктуации тока термоэлектронной эмиссии. Впоследствии был обнаружен также в угольных резисторах, разл. плёночных проводниках, в т. ч. в сплошных металлич. плёнках, в полупроводниках и др. структурах. Особенно велик в островковых плёнках, в гранулированных проводниках, в плохих контактах к высокоомным резисторам. Показатель обычно находится в пределах от 0,8 до 1,2, может изменяться с темп-рой, но чаще всего близок к 1. Как правило, спектральная плотность шума 1/f растёт с понижением частоты вплоть до мин. частоты, до к-рой проводятся измерения (достигнута частота 3^.10^-7 Гц). Переход к не зависящей от f спектральной плотности не наблюдается.

Шум 1/f относится к токовым шумам. Спектральная плотность в однородных проводниках пропорциональна квадрату напряжения (или тока). Этот факт, а также спец.

опыты указывают на то, что токовый шум 1/f вызван флуктуациями сопротивления, к-рые имеют место и в равновесном состоянии, пропускание тока лишь проявляет их. Радиус корреляции флуктуации, создающих шум 1/f, настолько мал, что измерить его не удалось: во всех опытах, в к-рых его пытались измерить, найдено лишь ограничение сверху для него. В частности, флуктуации сопротивления соседних транзисторов интегральной схемы, находящихся на расстоянии неск. десятков микрон, не коррелированы. Поэтому спектральная плотность относительных флуктуации сопротивления однородных проводников (или напряжения на их контактах) обратно пропорц. объёму проводника. В сильно неоднородных проводниках, в к-рых проводимость носит перколяционный характер (сопротивление определяется участками, занимающими относительно малый объём), спектральная плотность должна быть большой, что и наблюдается на опыте.

Шум 1/f связывают с наличием в реальных твёрдых телах той или иной неупорядоченности и связанного с ней чрезвычайно широкого спектра (иерархии) времён релаксации . Такой широкий спектр tи требуемая для получения закона ф-ция распределения т возникают, если т экспоненциально зависит от параметра (энергии активации в случае активац. переходов между состояниями системы, туннельного показателя в случае туннельных переходов), ф-ция распределения к-рого более или менее постоянна в широких пределах изменения этого параметра. То, что шум 1/f обусловлен суперпозицией процессов с разл. временами релаксации, продемонстрировано на опыте: в субмикронных МДП-транзисторах (см. Полевой транзистор), в к-рых имеется одна активная ловушка для носителей тока (или две ловушки), спектральная плотность флуктуации сопротивления канала имеет лоренцевский профиль с одним т (или соответственно два таких профиля с двумя различными т), но при увеличении размеров транзистора и числа ловушек спектральная плотность приближается к 1/f. Магн. шум (флуктуации намагниченности) со спектральной плотностью ~ 1/f, наблюдаемый в спиновых стёклах и аморфных ферромагнетиках (см. Аморфные магнетики), соответствует наличию в них (и известной из др. опытов) обширной иерархии высот барьеров (энергий активации), разделяющих метастабилъные состояния, между к-рыми каждая такая система совершает переходы в процессе релаксации и теплового движения. В тех случаях, когда механизм шума 1/f понятен (как в спиновых стёклах и неупорядоченных средах с двухуровневыми туннельными системами), мин. его частота (обратное наибольшее т) столь мала (напр., меньше обратного времени существования Вселенной), что попытки её измерения не имеют смысла. Механизмы шума 1/f объёме полупроводников пока достоверно не установлены, хотя в литературе предложен ряд теорий.

Шум 1/f является серьёзной помехой во MH. электронных приборах: в усилителях низких частот, в стандартах частоты и др.

Лит.: Коган Ш. M., Низкочастотный токовый шум со спектром типа 1/f втвердых телах, «УФН», 1985, т. 145, в. 2, с. 285; Weissman M. В., 1/F noise and other slow, nonexponential kinetics in condensed matter, «Rev. Mod. Phys.», 1988, v. 60, № 2, c. 537.

Ш. M. Коган.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988.