RTS noise란 무엇인가 ... 1

0. 들어가며

*이 글은 RTS노이즈가 무엇인지 알려주는 지식 공유 글이 아닙니다. RTS 노이즈가 무엇인지 궁금한 사람이 관련 논문을 읽고 나서 혼자 탐구하고 알게된 점과, 알 수 없는 부분들은 상상하고 느낀 점을 적은 글입니다.

 

처음에는 내 커리어에 도움이 될 줄 알고 이 논문을 읽었다. 아날로그 회로에 관한 지식을 탐독하려고 했다. 그런데 어쩌다 보니 커리어 패스가 곧게 뻗어나가고 있지 않다. 빙빙 돌아 순탄하지 않은 비포장도로로 내 앞에 나있는 커리어패스 ㅠㅠ. 무튼 아날로그 회로 관련 지식은 이제 더 이상 내 앞날에서 쓰일 일이 별로 없어 보이는데... 그럼에도 RTS논문은 왜 다시 찾아봤는지.. '그냥 궁금해서... 호기심에...' (읭?) 그리고 '중요해 보여서'. 함께 스터디하는 친구들이랑 같이 읽어보기로 했다. 

 

1. RTS 노이즈? flicker 노이즈?

RTS 노이즈는 작년부터 꾸준히 들어본 노이즈인데, 그때마다 얘가 플리커노이즈랑 다른 점이 뭔지 명확하지가 않다. RTS노이즈에 관한 설명을 들으면 '이거 우리가 알던 플리커 노이즈 아니야?'라는 생각이 든다. 그리고 구글링 해보면 RTS와 flicker를 혼용해서 쓰기도 한다. 

RTS와 flicker는 일맥상통하는가?

RTS와 flicker는 의미가 포함관계인가?

RTS와 flicker는 포함관계는 아니지만 서로간 교집합이 있는 관계인가?

목적 : 나는 이 관계를 명확히 하고 싶다!!

 

플리커 노이즈 : 

1. 라자비 책에 의하면

실리콘 계면이 얼마나 클린한지에 영향을 받는다. 따라서 공정별로 다른 공정 의존 상수에 비례하는 노이즈

다시 말해 Si/ SiO2 interface퀄리티에 의해 나타나는 노이즈이며 bias current나 temperature에 무관하다.

gate에 seriese인 voltage source로 모델링하고 1/f잡음의 전압 파워를 관찰하면

 

 

라는 수식으로 표현 가능하다. 잡음 파워가 1/f에 비례하기 때문에 1/f노이즈라고 한다.

 

2. 위키피디아에 의하면

플리커 노이즈는, 실리콘 계면의 impurity에 의한 트랩에 의한 캐리어의 recombination과 generation 때문에 변화하는 전류의 변이에 의한 노이즈이다. 조금 더 쉽게 설명하자면, 실리콘 계면은 불안정해서 트랩들이 많은데, 이 트랩에 캐리어가 캡처됐다가 방출될 때마다 채널 전류를 구성하는 캐리어 수가 변하고 일렉트릭 필드가 변하므로 채널 전류도 랜덤 하게 변한다는 뜻이다. 우리가 원하는 신호만큼 정량으로 흐르지 않고, 예측할 수 없게 변하는 게 신호에 꼈다면 뭐다? 바로 노이즈자나~

 

그럼 RTS 노이즈는 뭔데?? :

이 논문을 읽고 내가 느낌으로 대애충 이해한 바는, RTS는 트랩 하나에 전자가 꼈다 빠졌다 하면, 출력에서는 '전자 하나'의 변화만큼 출력이 두 개의 discrete level로 나타난다. 그에 의한 노이즈가 Random Telegraph Signal 노이즈이다. 

- Random은 전자가 trap에 capture되었는지 emission 되었는지 특정 시점에서 알 수 없으며(랜덤)

- Telegraph 사실 저는 telegraph가 무슨 뜻으로 쓰였는지 알 수 없어요. 직역하면 먼 거리 통신을 위한 전보, 전신인데...

찾아보니 telegraph process라는 것도 있다. 랜덤 노이즈를 모델링 하기 위한 프로세스에 이어 RTS 만을 모델링 하기 위한 랜덤 프로세스가 telegraph process인가보다.

 

 

위를 토대로 종합 분석하자면 :

1. RTS와 flicker의 교집합인 부분.

- 원인이 dirty 혹은 low quality의 silicon interface, 그리고 trap recombination & generation에 의한 current fluctuation

- 1/f PSD를 가짐

2. RTS 논문에서 flicker의 정의에는 없었던 부분.

- signal output에서의 3 개의 discrete level : carrier의 trap -> emission , emission -> trap, 변화 없음

- 전자 하나의 상태 변화에서 분석을 시작함

3. 결론

여기까지 조사한 결과로 추론을 해 보면, 실리콘 계면 trap에 전자 하나의 trap & emission 상태 변화가 랜덤 하게 일어나 총 channel current에 깜빡 깜빡 영향을 주는 것이 Random Telegraph Signal이고, RTS노이즈들이 모여 1/f PSD를 띠는 노이즈 총체가 바로 flicker 노이즈이다. 

 

혹시 더 자세하게 아시는 분들 코멘트 달아주세요~ 제가 더 많이 배울 수 있는 기회를 주셔서 감사합니다!