A5 Elektronisches Rauschen

Thema

Die thermische Bewegung der freien Ladungsträger in diesem Halbleitermaterial, die auch dann vorhanden ist, wenn kein durchschnittlicher Strom durch sie fließt, erzeugt ein thermisches Rauschen, das Johnson-Nyquist-Rauschen: Dieselben freien Ladungsträger, die in diesem Halbleitermaterial thermisch in alle Richtungen bewegt werden, erzeugen zwischen ihren Extremen eine Spannungsschwankung, die nicht von der Frequenz abhängt, bei der sie gemessen wird, und die gleichmäßig über das gesamte Frequenzspektrum verteilt ist. Dadurch, dass die Temperatur dieses Halbleitermaterials höher ist, wird diese thermische Erregung dieser freien Ladungsträger folglich intensiver und auch dieses thermische Rauschen, unabhängig von der Frequenz, ist größer.

Die diskrete Natur der elektrischen Ladung, die eine Potentialbarriere innerhalb dieses Halbleitermaterials überschreitet, sei es die eines Übergangs oder die eines anderen Elements, durch das der durchschnittliche Strom jeweils einen Ladungsträger kreuzen muss, erzeugt stattdessen ein Schrotrauschen, das Schrotrauschen: Jeder einzelne Ladungsträger überschreitet dieselbe Potentialbarriere zu seinem eigenen zufälligen Zeitpunkt, ohne Korrelation mit dem Zeitpunkt, zu dem er den nächsten Ladungsträger kreuzt, und es ist dieselbe Zufälligkeit in den Kreuzungszeitpunkten diskreter Ladungsträger, die um diesen durchschnittlichen Strom herum eine proportionale Stromschwankung erzeugt dazu. Die Tatsache, dass dieser durchschnittliche Strom, der diese Potentialbarriere überschreitet, größer ist, macht dieses Schrotrauschen folglich auch größer.

Aus diesem Grund beschreibt dieses Modell mit dem thermischen Rauschen und dem Schrotrauschen, mit dem es geöffnet wurde, einen dritten Fluktuationsmechanismus empirischen Ursprungs, der nicht so gut verstanden ist wie die beiden vorherigen, der von den Oberflächenzuständen und Defekten auf der Oberfläche dieses Halbleitermaterials abhängt: Dieselben Oberflächenzustände und Defekte fangen Ladungsträger mit einer breiten Verteilung charakteristischer Zeitkonstanten ein und geben sie frei, und es ist dieselbe Überlagerung von Zeitkonstanten, die ein Flackergeräusch erzeugt, dessen Intensität mit zunehmender Frequenz zunimmt. derjenige, der es misst, wird reduziert, im Gegensatz zu diesem thermischen Rauschen und diesem Schrotrauschen, die beide unabhängig von derselben Frequenz bleiben. Die Tatsache, dass dieses Halbleitermaterial eine größere Dichte dieser Oberflächenzustände und dieser Defekte aufweist, macht dieses Flackerrauschen folglich größer, und gerade bei niedrigen Frequenzen dominiert dieses Flackerrauschen letztendlich über dieses thermische Rauschen und über dieses Schrotrauschen das Signal-Rausch-Verhältnis, das diese drei Mechanismen zusammen letztendlich begrenzen.

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