PMOS的1/f噪声比NMOS低是因为PMOS是埋沟器件，为什么，什么是埋沟？

PMOS 的 1/f 噪声通常比 NMOS 低，这个说法在很多情况下是成立的，但其背后的原因并非仅仅因为 PMOS 是“埋沟器件”，这个说法可能有些误解或者不全面。让我们先来理解一下什么是“埋沟”，以及为什么它可能影响噪声。

首先，我们得明确一下，在讨论 PMOS 和 NMOS 的 1/f 噪声时，我们通常是在谈论 MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）的结构和工作原理。1/f 噪声，又称闪烁噪声，是一种在较低频率下表现出来的噪声，它的功率谱密度与频率成反比。这种噪声的产生机制非常复杂，其中一个主要的来源是半导体表面或界面附近的载流子俘获和释放。

现在来说说“埋沟”。在一些特定的 MOSFET 结构设计中，确实会引入“埋沟”（Buried Channel）的概念。埋沟器件的设计初衷，往往是为了提高器件的性能，比如漏电流、阈值电压的稳定性，或者减小短沟道效应。

“埋沟”通常指的是，在沟道区域，不是直接由源区和漏区之间的表面区域形成载流子通道，而是将通道“埋藏”在氧化层和衬底之间的某个深度。 简单来说，就是晶体管的导电沟道并非直接在硅表面，而是稍微往衬底里面一点，由一个掺杂区域形成。

举个例子，在 NMOS 器件中，我们通常希望在 N+ 源区和 N+ 漏区之间，通过栅极电压在 P 型衬底表面感应出 N 型的沟道。而如果是埋沟 NMOS，可能会在 P 型衬底表面下方，通过特殊的掺杂工艺，形成一个 N 型的埋藏沟道区域。当施加栅极电压时，这个埋藏的 N 型区域的载流子密度会被调制，从而形成导电通道。

那么，为什么这种“埋沟”设计可能与噪声有关呢？

关键在于“界面”的改变。1/f 噪声的一个重要来源是“表面态”或“界面态”，也就是在半导体和氧化物（比如栅氧化层）之间的界面上存在的缺陷。这些缺陷会成为载流子的“陷阱”，载流子在这些陷阱中被俘获又被释放，这个过程就是噪声的根源之一。

如果一个器件的导电沟道是形成在半导体与栅氧化层紧密接触的表面，那么这个表面态的影响就会非常直接和显著。反之，如果导电沟道被“埋藏”在衬底内部，那么载流子在工作时，与表面（尤其是与栅氧化层接触的那个表面）的直接接触就会减少。

对于 PMOS 和 NMOS 的噪声差异，这并非一个简单的“埋沟”问题就能完全解释的，而是多种因素共同作用的结果。

传统上，PMOS 器件使用 P 型沟道，它依赖于在 N 型衬底上感应出 P 型载流子（空穴）。而 NMOS 器件使用 N 型沟道，它依赖于在 P 型衬底上感应出 N 型载流子（电子）。

电子与空穴的载流子性质差异： 电子的迁移率通常比空穴高。这意味着电子在电场作用下更容易移动。但在噪声方面，电子也更容易受到散射和表面陷阱的影响。
表面态的密度和类型： 硅二氧化硅（SiSiO2）界面是 MOS 器件的关键。在 P 型硅表面，可能存在一些特殊的表面态，它们对空穴的俘获释放机制可能与 N 型硅表面对电子的机制有所不同。
衬底类型的影响： PMOS 通常构建在 N 型衬底上，而 NMOS 则构建在 P 型衬底上。衬底本身的掺杂浓度、缺陷分布以及与栅氧化层的界面特性，都可能对噪声产生影响。

回到“埋沟”这个说法：

如果 PMOS 的确被设计成埋沟器件，那么它与 NMOS 的结构差异就会放大。
PMOS 埋沟的可能性： 如果 PMOS 被设计成埋沟，意味着它的沟道不在表面，而是埋在内部。这可能会减少沟道载流子与表面缺陷的相互作用，从而降低 1/f 噪声。
NMOS 的情况： 并非所有的 NMOS 都是表面沟道，也有埋沟 NMOS，但传统观念中，标准的 NMOS 常常被认为是表面沟道。如果 NMOS 是表面沟道，而 PMOS 是埋沟，那么 PMOS 的噪声确实会更低。

一个更可能的情况是：

也许，“PMOS 的 1/f 噪声比 NMOS 低”这个说法，是因为在某些典型的工艺和设计条件下，PMOS 的沟道形成区域相对而言，与最高密度的表面态（例如，硅/栅氧化层界面）的耦合没有 NMOS 那么强。 这可能与 PMOS 的空穴载流子特性、衬底类型以及实际的制造工艺（即使不是明确的“埋沟”设计，也可能通过掺杂轮廓等方式，将沟道稍微“抬高”或“远离”最劣化的表面）有关。

例如，对于 N 型衬底上的 PMOS，其沟道形成区域可能存在一些有利的条件，使得载流子与表面陷阱的相互作用相对较弱。而对于 P 型衬底上的 NMOS，其电子沟道可能更容易受到 P 型衬底表面的缺陷影响。

总结来说：

“埋沟”是一种特定的器件结构设计，它通过将导电沟道从半导体表面稍微移开，来改变沟道与表面态的耦合程度。如果 PMOS 被设计成埋沟结构，那么它确实可能因为减少了与表面陷阱的相互作用而表现出更低的 1/f 噪声。

但是，PMOS 的 1/f 噪声之所以普遍比 NMOS 低，更可能是一个综合效应，它涉及到：

1. 载流子类型差异： 空穴的运动方式和对陷阱的响应可能与电子不同。
2. 界面特性： 衬底类型（P 型 vs N 型）以及它们与栅氧化层的界面特性，都会影响表面态的密度和类型。
3. 工艺优化： 实际的半导体制造工艺和器件设计，即使不是严格意义上的“埋沟”，也可能在 PMOS 的沟道形成区域，使其与高密度缺陷区域的耦合程度相对较低。

因此，将 PMOS 噪声低的根本原因简单归结为“埋沟器件”可能不够准确，更像是对一种可能影响噪声的结构设计的描述。这背后是复杂的半导体物理和工艺集成的结果。

1/f noise虽然机理仍在研究中，但确实NMOS的要比PMOS强，一般解释如下：

1/f noise主要由栅氧/沟道附近的氧化物陷阱引起的，它会通过俘获或发射与沟道交换载流子，从而引起载流子数量的涨落，另外也会通过库伦散射引起沟道载流子迁移率的涨落。电子的迁移率高，有效质量也比空穴小得多，所以迁移率容易受到缺陷的影响以及容易和缺陷交换载流子，所以一般NMOS的1/f会差一些。