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美國吉時利keithley納米科學(xué)研究實(shí)驗(yàn)
•概述•測量范例•測試方案
•帶給納米科學(xué)研究人員的主要好處•納米聯(lián)盟合作伙伴資源•常用產(chǎn)品
•相關(guān)資料•其它應(yīng)用領(lǐng)域
美國吉時利keithley納米科學(xué)研究實(shí)驗(yàn)概述
正如數(shù)字革命和現(xiàn)代生物學(xué)，納米技術(shù)日益成為科學(xué)技術(shù)向前發(fā)展趨勢的主導(dǎo)技術(shù),。納米級科學(xué)和工程將基礎(chǔ)研究和教育的進(jìn)步,，電子和光電器件的進(jìn)步以及半導(dǎo)體制造、生物技術(shù),、替代能源和工業(yè)制造的顯著變化,。
3 端納米線晶體管
（圖片由美國德州大學(xué)達(dá)拉斯分校提供）
美國吉時利keithley6430 型亞 fA 程控源表® Measures currents with 400aA （400X10-18A） Sensitivity
納米級材料和器件的制造通常始于化學(xué)、生物學(xué)或半導(dǎo)體器件 / 微電子實(shí)驗(yàn)室,。納米級材料和器件的電氣測量不僅揭示了電特性,，還揭示了納米微粒的狀態(tài)密度等一般特性。這些基本特性可用于預(yù)測和控制物理特性,，例如抗拉強(qiáng)度,、顏色以及電導(dǎo)性和導(dǎo)熱性。然而,，進(jìn)行有意義的測量需要高靈敏度的儀器以及復(fù)雜的探頭技術(shù),。于納米技術(shù)研究的儀器不斷增加，但是用戶必須了解所需的測量類型,，以及哪種測試系統(tǒng)特點(diǎn)將增加速度和準(zhǔn)確度,。
對于實(shí)驗(yàn)室中研究的許多納米級材料和器件，zui常見的電氣特性分析方法是電流與電壓 （I-V） 測試,。電流-電壓特性是顯示電子器件上的直流電流與其兩端的直流電壓之間關(guān)系的一幅圖,。電氣工程師使用這些圖確定器件的基本參數(shù)并對電子電路的行為建模。通常,，工程師將特性分析圖稱為 I-V曲線,，從而指用于電流和電壓的標(biāo)準(zhǔn)符號。典型的碳納米管MOSFET 的漏電壓與漏電流 I-V 曲線看起來像左邊的曲線,。
美國吉時利keithley納米科學(xué)研究實(shí)驗(yàn)測量范例
新材料研究
4 線連接至碳納米管
（圖片重新制作以示對 Zyvex 公司的尊重）
在器件開發(fā)過程中,，類似納米線、碳納米管和納米晶體的結(jié)構(gòu)常常表現(xiàn)出與眾不同的特點(diǎn),。分析這些特點(diǎn)而不損壞*的結(jié)構(gòu)需要能對源進(jìn)行嚴(yán)格控制的系統(tǒng),，以防止器件自發(fā)熱。吉時利測量儀器將這種嚴(yán)格控制與超快測量速度和靈敏度結(jié)合在靈活,、模塊化的結(jié)構(gòu)中從而很容易適應(yīng)不斷變化的測試要求,。
測量這些材料的一種zui常用的測量技術(shù)是使用 4 線或 “Kelvin” 測量。采用 Kelvin 測量技術(shù)時,，需要第二組探頭用于感測,。因?yàn)檫@些探頭中的電流可忽略不計(jì)，所以只用測量 DUT 兩端的壓降,，如下圖所示,。因此,，電阻測量或 I-V 曲線發(fā)生就更準(zhǔn)確了。
美國吉時利keithley4200-SCS 型半導(dǎo)體特性分析系統(tǒng)中的吉時利交互式測試環(huán)境 （KITE） 允許任何納米科學(xué)領(lǐng)域的研究人員培養(yǎng)輕松,、快捷地配置測量測試的能力,。KITE 是一款用于納米材料和器件以及半導(dǎo)體器件特性分析的應(yīng)用程序。測試中的源和測量功能由源測量單元（輸出并測量直流電壓和電流的電子儀器） 提供,。測試能力的擴(kuò)展可以通過各種外部組件的支持實(shí)現(xiàn),。這是碳納米管 I-V 測試的設(shè)置范例以及單壁碳納米管的 I-V 掃描結(jié)果：
這幅圖說明了采用吉時利 4200-SCS 和 KITE 獲得的碳納米管 I-V 曲線
（感謝 Zyvex 公司）
實(shí)驗(yàn)器件的開發(fā)
由一系列金納米粒子形成的器件。照片由芝加哥大學(xué)的 K. Elteto 和 X.M. Lin 提供,。
在器件開發(fā)過程中,，類似納米線、碳納米管和納米晶體的結(jié)構(gòu)常常表現(xiàn)出與眾不同的特點(diǎn),。分析這些特點(diǎn)而不損壞*的結(jié)構(gòu)需要能對源進(jìn)行嚴(yán)格控制的系統(tǒng),，以防止器件自發(fā)熱。吉時利測量儀器將這種嚴(yán)格控制與超快測量速度和靈敏度結(jié)合在靈活,、模塊化的結(jié)構(gòu)中從而很容易適應(yīng)不斷變化的測試要求,。
低電平脈沖測量涉及輸出電流脈沖并測量所產(chǎn)生的電壓。因?yàn)槊绹獣r利keithley6221 / 2812A 的組合用于解決在低信號電平,、低電平噪聲條件下的脈沖特性分析問題,。然而，6221 / 2182A 組合與以往所有的測試配置在一些重要方面不相同,。一個區(qū)別是所有脈沖測量都是差分 （或相對） 測量,。這意味著會給測量信號增加誤差 （例如偏移、漂移,、噪聲和熱電的 EMF） 的背景電壓被消除了,。
由于熱電壓和儀表偏移產(chǎn)生的直流偏移會給測量的電壓帶來嚴(yán)重誤差。
使用 delta 模式測量技術(shù)消除偏移,。
進(jìn)行相對測量消除偏移誤差,。
測量的 delta 電壓對電流脈沖產(chǎn)生正確的電壓響應(yīng)。
兩點(diǎn) delta 模式測量的操作是輸出電流脈沖并且在每次脈沖之前和脈沖期間各進(jìn)行一次測量,。得到這兩次測量的差值就消除了任何恒定的熱電偏移,，保留了真實(shí)的電壓值。然而,，兩點(diǎn)測量法不能消除隨時間漂移的熱電偏移,。使用 delta 方法中的第三個測量點(diǎn)就能消除漂移的偏移量。
一種可選的第三個測量點(diǎn)能幫助消除移動的偏移量,。
第三個測量點(diǎn)是可選的,，但是并不可取。例如，取決于器件的定時特性,，如果輸出的電流脈沖對器件有長期效應(yīng),，那么由于 DUT 脈沖帶來的熱量，用于取消移動偏移的第三測量點(diǎn)可能包含誤差,，因此弊大于利,。
測試方案
吉時利測量儀器在納米技術(shù)研究和開發(fā)環(huán)境中的應(yīng)用不斷擴(kuò)大,。這里示出的應(yīng)用僅是吉時利測量儀器和系統(tǒng)適合的納米技術(shù)測試和測量任務(wù)節(jié)選,。如果您的測試需要輸出或測量低電平信號，那么吉時利測量儀器能幫助您更準(zhǔn)確,、更經(jīng)濟(jì)有效地執(zhí)行這些操作,。
4200-SCS 半導(dǎo)體特性分析系統(tǒng)
特點(diǎn)：
符合 IEEE P1650-2005 標(biāo)準(zhǔn)；
易于使用,，基于 Windows 操作,；
完整、集成方案,；
無以倫比的靈活性和適應(yīng)性,。
吉時利zui初開發(fā) 4200-SCS 是用于半導(dǎo)體工業(yè)，但是納米技術(shù)研究人員很快就發(fā)現(xiàn) 4200-SCS 對于納米級材料和器件的開發(fā)和研究非常有效,。今天,，4200-SCS 強(qiáng)大的特性分析系統(tǒng)是用于*納米技術(shù)研究和教育實(shí)驗(yàn)室的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)工具，其應(yīng)用領(lǐng)域從材料研究和納米結(jié)構(gòu)開發(fā)到納米電子器件的I-V特性分析,。4200-SCS 系統(tǒng)深受歡迎的部分原因是吉時利不斷致力于增強(qiáng)其硬件和軟件性能以滿足新興測試需求,。吉時利不斷致力于提高 4200-SCS 的性能確保不斷為您提供經(jīng)濟(jì)有效的系統(tǒng)升級途徑到的測量性能。
帶給納米科學(xué)研究人員的主要好處
1.精密,、有把握地分析納米材料和實(shí)驗(yàn)器件的能力,；
2.直流、脈沖,、射頻測試：擴(kuò)展您的能力,，拓展發(fā)現(xiàn)的潛力；
3.可配置,、可擴(kuò)縮,、可升級：現(xiàn)在能工作，以后能成長,；
4.脈沖測試zui小化焦耳熱效應(yīng),；
5.4200-SCS 符合并且支持世界*項(xiàng)用于碳納米管的電測量標(biāo)準(zhǔn) —— IEEE P1650-2005 標(biāo)準(zhǔn)：“測量碳納米管電氣特性的 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)測試方法”。
6.吉時利高速和簡潔的測試方案能讓生物學(xué)家,、化學(xué)家,、物理學(xué)家或其他研究人員簡便地進(jìn)行復(fù)雜測量。
7.吉時利產(chǎn)品被您的同行在久負(fù)盛名的納米科學(xué)研究期刊中廣泛使用和引用，例如：
- 《納米快報(bào)》（Nano Letters）- 《納米技術(shù)》（Nanotechnology）- 《IEEE 納米技術(shù)匯刊》（IEEE Transactions on Nanotechnology）
- 《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）- 《自然》（Nature）- 《應(yīng)用物理快報(bào)》（Applied Physics Letters）
納米聯(lián)盟合作伙伴資源
納米工程功能材料研究中心 （FENA）西部納米電子研究所 （WIN）加州納米系統(tǒng)研究院 （合作伙伴）
常用產(chǎn)品
此部分的鏈接將您帶到每款儀器的產(chǎn)品網(wǎng)頁,，其中包含手冊,、軟件和驅(qū)動的快速鏈接。
美國吉時利keithley4200 型半導(dǎo)體特性分析系統(tǒng)
4200-SCS 型半導(dǎo)體特性分析系統(tǒng)
4200-CVU 型集成 C-V 選件用于 4200-SCS
4200- PIV-A 型脈沖 C-V 選件用于4200-SCS
數(shù)字源表
2400 型通用數(shù)字源表
2410 型高壓源表
2420 型 3A 源表
2425 型高功率源表
2430 型脈沖源表
2440 型 源表
2601 型高吞吐量源表
2602 型雙通道高吞吐量源表
美國吉時利keithley2611 型高壓和脈沖輸出源表
美國吉時利keithley2612 型雙通道高壓和脈沖輸出源表
美國吉時利keithley2635 型低電流和脈沖輸出源表
美國吉時利keithley2636 型雙通道低電流和脈沖輸出源表
美國吉時利keithley6430 型亞 fA 程控源表
電流源 / 納伏表
美國吉時利keithley6220 型直流電流源
美國吉時利keithley6221 型交流和直流電流源
美國吉時利keithley2182A 型納伏表
靜電計(jì) / 皮安表
美國吉時利keithley6514 型靜電計(jì)
美國吉時利keithley6517A 型靜電計(jì) / 高阻表
美國吉時利keithley6485 型皮安表
美國吉時利keithley6487 型皮安表 / 電壓源
電流放大器
美國吉時利keithley428 型可編程電流放大器
脈沖發(fā)生器
美國吉時利keithley3401 型單通道脈沖 / 碼型發(fā)生器
3402 型雙通道脈沖 / 碼型發(fā)生器
小冊子
探索應(yīng)對未來納米特性分析挑戰(zhàn)的方案
4200-SCS 半導(dǎo)體特性分析系統(tǒng)
4200-CVU 集成 C-V 選件用于 4200-SCS
美國吉時利keithley2600 系列數(shù)字源表多通道 IV 測試儀器 – 用于快速研發(fā)和功能測試的可擴(kuò)縮方案
美國吉時利keithley2400 系列數(shù)字源表系列 探索應(yīng)對未來納米特性分析挑戰(zhàn)的方案
吉時利脈沖方案
精密,、低電流源用于器件測試和分析
高準(zhǔn)確度皮安表適于低電流 / 高阻應(yīng)用
高準(zhǔn)確度靜電計(jì)適于低電流 / 高阻應(yīng)用
用,、的無線測試創(chuàng)新測試您的信號
半導(dǎo)體特性分析系統(tǒng) – 產(chǎn)品瀏覽
4200-SCS 半導(dǎo)體特性分析系統(tǒng)
4200-CVU 集成 C-V 選件用于 4200-SCS
4200- PIV-A 脈沖 C-V 包用于 4200-SCS 半導(dǎo)體特性分析系統(tǒng)
數(shù)字源表 – 產(chǎn)品瀏覽
SourceMeter® 儀器 （電流源 / 電壓源和測量產(chǎn)品）
2400 型數(shù)字源表
2601 型和 2602 型 SourceMeter® 儀器
2611 型和 261 2型 SourceMeter® 儀器 （200V）
2635 型和 2636 型 SourceMeter® 儀器 （低電流）
脈沖 / 碼型發(fā)生
3400 系列脈沖 / 碼型發(fā)生器
電流源 / 納伏表
美國吉時利keithley6220 / 6221 和 2182A 精密電流源和納伏表
靜電計(jì) / 皮安表
低電流高電阻產(chǎn)品
產(chǎn)品數(shù)據(jù)
4200-SCS 半導(dǎo)體特性分析系統(tǒng)技術(shù)數(shù)據(jù)手冊
44200-SCS 型半導(dǎo)體特性分析系統(tǒng)
4200-CVU 型集成 C-V 選件用于 4200-SCS
美國吉時利keithley2400 系列數(shù)字源表系列
美國吉時利keithley2600 系列數(shù)字源表多通道 I-V 測試方案
美國吉時利keithley6430 型亞 fA 程控源表
美國吉時利keithley2182A 型納伏表
美國吉時利keithley6220 型直流電流源和 6221 型交流和直流電流源
美國吉時利keithley6485 型皮安表
美國吉時利keithley6487 型皮安表 / 電壓源
美國吉時利keithley6514 型可編程靜電計(jì)
美國吉時利keithley6517A 型靜電計(jì) / 高阻表
65 型高電阻率測量包
428-PROG 型可編程電流放大器
3400 系列脈沖 / 碼型發(fā)生器
美國吉時利keithley白皮書
納米科技測試的挑戰(zhàn)
提高納米電子和分子電子器件的低電流測量
在低功率和低壓應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確、可靠的電阻測量
納米級器件和材料的電氣測量
提高超高電阻和電阻率測量的可重復(fù)性
一種微分電導(dǎo)的改進(jìn)測量方法
納米技術(shù)準(zhǔn)確電氣測量的技術(shù)
納米級材料的電氣測量
降低外部誤差源影響的儀器技術(shù)
迎接 65nm 節(jié)點(diǎn)的測量挑戰(zhàn)
用于測量半導(dǎo)體材料的高電阻率和霍爾電壓的測量儀器和技術(shù)
電子計(jì)數(shù)：如何用微微微安量程測量電流
低壓測量技術(shù)
基于吉時利 4200-SCS 的局域網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室用于微電子工程教育
納米技術(shù)在半導(dǎo)體行業(yè)中的作用
為大學(xué)生制造實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)特性分析系統(tǒng)
用 6 線歐姆測量技術(shù)實(shí)現(xiàn)更高準(zhǔn)確度的電阻測量
新型儀器能穩(wěn)住鎖定狀態(tài)
應(yīng)用筆記
4200-SCS
#2239 用 4200 進(jìn)行柵極電介質(zhì)電容 - 電壓特性分析
#2240 評估氧化層的可靠性
#2241 用低噪聲 4200-SCS 進(jìn)行超低電流測量
#2475 用 4200-SCS 實(shí)現(xiàn) 4 探針電阻率和霍爾電壓測量
#2481 利用 4200-SCS 和 Zyvex S100 納米控制器實(shí)現(xiàn)納米線和納米管的 I-V 測量
#2851 用 4200-SCS 半導(dǎo)體特性分析系統(tǒng)和 3400 系列脈沖 / 碼型發(fā)生器進(jìn)行電荷泵測量
#2876 使用 4200-SCS 半導(dǎo)體特性分析系統(tǒng)對太陽能 / 光伏電池進(jìn)行 I-V 和 C-V 測量
基于 4200-SCS 半導(dǎo)體特性分析系統(tǒng)的 MOS 電容 C-V 特性分析
面向 CMOS 晶體管的 4200 脈沖 IV 測量
數(shù)字源表
#804 用 2400 系列數(shù)字源表進(jìn)行 IDDQ 測試和待機(jī)電流測試
#1953 使用 2420 測量光伏電池的 I-V 特性
#2217 多臺數(shù)字源表的觸發(fā)器同步
#2218 高亮度,、可見光 LED 的生產(chǎn)測試
#2402 OLED 顯示器的直流生產(chǎn)測試
#2616 將 2400 系列數(shù)字源表的 SCPI 應(yīng)用轉(zhuǎn)換為 2600 系列源表的腳本應(yīng)用
#2647 用 2600 系列數(shù)字源表進(jìn)行 IDDQ 測試和待機(jī)電流測試
#2814 在運(yùn)行中第 5 次測量用于偏置溫度不穩(wěn)定特性分析
使用兩臺 2400 型數(shù)字源表輸出 2A 電流
技術(shù)筆記：數(shù)字源表的緩沖器以及如何用這兩個緩沖器獲取多達(dá) 5000 點(diǎn)數(shù)據(jù)
我能否用 2400 或其它非脈沖模式源表產(chǎn)生電流 （或電壓） 脈沖,？
排除 SCPI 常見錯誤
使用吉時利數(shù)字源表和 LabTracer 軟件的器件特性分析技術(shù)
脈沖發(fā)生器
#2851 用 4200-SCS 半導(dǎo)體特性分析系統(tǒng)和 3400 系列脈沖 / 碼型發(fā)生器進(jìn)行電荷泵測量
電流源 / 納伏表
#1132 理解低壓測量技術(shù)
#2611 基于 6221 / 2182A 組合的低電平脈沖電氣特性分析
#2615 使用四點(diǎn)共線探針和 6221 電流源確定電阻率和電導(dǎo)率類型
靜電計(jì) / 皮安表
#312 高阻測量
#314 體電阻率和表面電阻率
#1671 低電流測量
#2464 用 6517A 對惰性氣體或高度真空中的小晶體進(jìn)行高電阻測量
#2615 使用四點(diǎn)共線探針和 6221 電流源確定電阻率和電導(dǎo)率類型
其它應(yīng)用領(lǐng)域
半導(dǎo)體器件實(shí)驗(yàn)室
電路 / 基礎(chǔ)電子實(shí)驗(yàn)室
