6.6. Экспериментальные данные

Очевидно, наиболее впечатляющая черта -шума— его вездесущность: его наблюдали у всех видов угольных резисторов, у полупроводниковых кристаллов, включая кремний и германий, у кристаллов группы III—V, у приборов на основе -переходов, у МОП-структур, у сплошных и несплошных металлических пленок, металлических вискеров и водных электролитов. Кроме этого, он присутствует и у сверхпроводниковых материалов. С другой стороны, заслуживает внимание тот факт, что у хороших кремниевых полевых транзисторов с -переходами -шум по существу отсутствует [29]; причем крайне удивительно то, что ПТ из GaAs обладают значительным -шумом. Ван-дер-Зил отметил [63], что у этих двух типов транзисторов различные структуры: канал в ПТ с -переходами ограничивается обедненным слоем, тогда как у канала в транзисторах из GaAs из-за малой площади затвора границей является сравнительно большая область поверхности раздела полупроводник — окисел. Отсутствие -шума у кремниевых ПТ можно объяснить, приписав его возникновение поверхностному механизму, связанному с центрами захвата носителей в слое окисла [идея, о которой мы уже упоминали в связи с рассмотрением МОП ПТ и которую мы еще обсудим позднее (разд. 6.7.2)].

Сходство формы наблюдаемых спектров у приборов различных типов приводит к искушению полагать, что в большинстве, если не во всех своих проявлениях, -шум обусловлен одним и тем же физическим механизмом. Есть некоторое число экспериментальных сведений в поддержку такого хода мыслей и это нашло свое воплощение в эмпирической формуле, предложенной Хугом [30] (разд. 6.6.4). Но каким бы привлекательным ни было такое универсальное объяснение, взятые вместе экспериментальные данные свидетельствуют о том, что существуют по крайней мере два, а может быть и более механизмов: по-видимому, -шум может быть обусловлен как поверхностными, так и объемными эффектами, причем физические причины возникновения шума в этих двух случаях различны.

Мы не ставим себе целью дать здесь исчерпывающий обзор очень большого числа экспериментов по -шуму, проведенных за последние пятьдесят или более лет. Большая часть этих

работ уже разбиралась в обзорных статьях Белла и ван-дер-Зила, которые цитировались нами в разд. 6.1. Вместо этого мы рассмотрим лишь несколько фактов и заключений (часть из них совсем новые), которые позволяют выделить наиболее существенные особенности -шума. Результаты экспериментов по исследованию низкочастотной границы применимости формулы здесь не включены, так как они уже достаточно обстоятельно разобраны в разд. 6.2 при рассмотрении инвариантности.

6.6.1. Контактный шум

Объяснение -шума, которое, очевидно, раньше всего приходит в голову, заключается в следующем: может быть, это просто паразитный эффект, связанный с дефектами контактов или их неплотным присоединением. Вообще говоря, можно со всей определенностью сказать, что дело не в этом: современные эксперименты выполняются с большой осторожностью, как правило, методом четырехзондовых измерений, когда два вывода, на которых сохраняется неизменным уровень постоянного тока, являются независимыми от пары выводов, чувствительной к флуктуациям. Таким путем контакты как возможный источник шума исключаются. Несмотря на это, в качестве дополнительной меры обычно проводятся опыты с контрольным образцом, например с проволочным резистором, у которого, как известно, -шум отсутствует, с целью получения гарантий того, что экспериментальная установка сама не является генератором -флуктуаций.

6.6.2. Амплитудное распределение 1/f-шума

Распределение амплитуды -шума относится к гауссовскому типу. Для полосы частот этот факт обнаружил Белл [3], а позже для полосы частот в более совершенных экспериментах — Хуг и Хоппенбрауэрс [34]. На небольшое отклонение от распределения Гаусса обратили внимание Белл и Диссанайке [8] при измерениях в диапазоне отношения четвертого момента ко второму моменту неравновесного шума в различных образцах; оказалось [6], что возможной причиной этого отклонения может быть взрывной шум. Даже если это на самом деле эффект, связанный с -шумом, он приводит лишь к весьма слабому расхождению в хвостах распределения, которыми во всех практических случаях можно пренебречь.