如何利用數(shù)字源表進(jìn)行納米材料電特性表征

概述

納米材料，定義為粒徑在1-100納米之間一類超細(xì)材料，具有表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)等一些特殊物理化學(xué)性能。由于結(jié)構(gòu)有比表面積大，粒徑小，表面原子比例高等特點(diǎn)，使得納米材料在電學(xué)、熱力學(xué)以及催化等多個(gè)方面有獨(dú)特的性能，被稱作21世紀(jì)最具發(fā)展前景的材料。

隨著納米材料在不同領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，新型納米材料的研發(fā)具備了與往不同的特征，如納米發(fā)電材料，納米溫差材料，納米傳感器等。由于納米材料的種類，以及功能眾多，因此，納米材料的測(cè)試面臨如下測(cè)試挑戰(zhàn)：

測(cè)試信號(hào)微弱，納米材料測(cè)試多為樣品研發(fā)試驗(yàn)階段，需要測(cè)試樣品在單位面積產(chǎn)生的電壓或電流微弱信號(hào)。尤其是電流信號(hào)，可低至nA，甚至pA級(jí)。因此，這就要求測(cè)試儀表，具有準(zhǔn)確的微弱信號(hào)檢測(cè)能力。

外部噪聲干擾，由于納米材料測(cè)試信號(hào)弱，且部分材料特性易受外部環(huán)境變化干擾，這就需要在測(cè)試中對(duì)與測(cè)試無關(guān)的外部環(huán)境噪聲，進(jìn)行有效屏蔽。比如采用四線制測(cè)試，降低線損壓降；采用三同軸Guard方式降低線纜漏電流等等方式。

測(cè)試方式多樣，多數(shù)納米材料在光，熱，濕度等外部環(huán)境的激勵(lì)下，具有一定的響應(yīng)特征。因此，在對(duì)納米材料的研發(fā)中，常需要測(cè)試樣品在不同外界激勵(lì)源的響應(yīng)輸出能力。多樣化的測(cè)試，使得測(cè)試儀表具備多種測(cè)試功能，如進(jìn)行恒壓測(cè)試，I-V掃描測(cè)試，V-t測(cè)試，脈沖測(cè)試，多通道測(cè)試等。

利用數(shù)字源表進(jìn)行納米材料電特性表征

實(shí)施電性能參數(shù)表征分析的最佳工具之一是數(shù)字源表（SMU）。數(shù)字源表作為獨(dú)立的電壓源或電流源，可輸出恒壓、恒流、或者脈沖信號(hào)，還可以當(dāng)作表，進(jìn)行電壓或者電流測(cè)量；支持Trig觸發(fā)，可實(shí)現(xiàn)多臺(tái)儀表聯(lián)動(dòng)工作；針對(duì)有機(jī)OFET類型的三端類型納米器件以及多樣品驗(yàn)證測(cè)試，可直接通過2臺(tái)數(shù)字源表或者插卡式源表搭建完整的多通道IV測(cè)試系統(tǒng)。

S系列源表打造納米材料溫差器件測(cè)試方案

該方案主要針對(duì)納米材料溫差器件，在不同溫度激勵(lì)下，測(cè)試其輸出電壓以及輸出電流數(shù)據(jù)。如下圖所示，整套測(cè)試系統(tǒng)構(gòu)成包括，1臺(tái)S系列源表、溫度控制器，待測(cè)器件、測(cè)試連接線以及上位機(jī)軟件組成測(cè)試電路。采用兩電極測(cè)試方法對(duì)器件的輸出電壓進(jìn)行測(cè)試，將源表的高低電勢(shì)夾頭連接于器件輸出端，隨著溫度的變化，在數(shù)字源表中獲得開路電壓或者輸出電流數(shù)據(jù)。

輸出電壓測(cè)試連接示意圖

輸出電流與輸出電壓測(cè)試曲線

S系列/CS系列源表打造納米水伏發(fā)電材料測(cè)試方案

該方案主要用于，測(cè)試納米水伏發(fā)電材料其輸出電壓以及輸出電流隨時(shí)間變化的曲線，以驗(yàn)證不同結(jié)構(gòu)材料的發(fā)電性能。如下圖所示，整套測(cè)試系統(tǒng)構(gòu)成包括，1臺(tái)S系列源表或者CS插卡式多通道源表，待測(cè)器件、測(cè)試連接線以及上位機(jī)軟件組成測(cè)試電路。采用二線制的測(cè)試方法，對(duì)樣品期間兩端的輸出電壓或者電流進(jìn)行持續(xù)采集，在數(shù)字源表中獲得I-t或者V-t數(shù)據(jù)。

納米水伏發(fā)電材料測(cè)試連接圖

V-T曲線和I-T曲線

S系列/CS系列源表打造納米有機(jī)晶體管器件測(cè)試方案

輸出特性曲線測(cè)試

在施加不同的柵壓（VGS）時(shí)，源漏電流 ISD隨著源漏電壓 VDS變化而變化得出的曲線,稱之為輸出特性曲線。

輸出特性測(cè)試曲線

轉(zhuǎn)移特性曲線測(cè)試

在施加不同的源漏電壓VDS下，源漏電流 IDS隨著柵壓VGS的變化而變化得出的曲線，稱之為轉(zhuǎn)移特性曲線

轉(zhuǎn)移特性測(cè)試曲線

審核編輯黃宇