高精度材料電阻率測試儀系列

技

術(shù)

方

案

書

產(chǎn)品概述

功能與特性可使靈敏測量的置信度 zui大化

高精度材料電阻率測試儀不僅提供了行業(yè)的測量功能,，并且憑借 的新特性 zui大程度地增強(qiáng)您的測量置信度,。飛安表/皮安表和靜電計具有 0.01 fA (10^-17 A)  zui小電流分辨率，可滿足當(dāng)前和未來的微弱電流測量需求,。靜電計內(nèi)置的1,000 V 電壓源支持測量高達(dá) 10 PΩ (10¹⁶ Ω) 的電阻,，儀器還可與公司業(yè)經(jīng)驗證的高阻計附件搭配使用。另外,，飛安表/皮安表和靜電計均提供電池供電型產(chǎn)品,，以消除交流電源線噪聲。電池供電模式*地減少了測量噪聲,，實(shí)現(xiàn) 的低電平測量,。

與傳統(tǒng)的皮安表和靜電計不同,，采用 4.3 英寸彩色 LCD 圖形用戶界面(GUI),，提供多種視圖模式以便用戶觀察數(shù)據(jù)。除數(shù)字格式外,，測量數(shù)據(jù)還可以轉(zhuǎn)換為圖像,、直方圖及趨勢圖的形式,。*的前面板功能可在不依賴外部 PC 下捕獲瞬態(tài)信號特性并快速地進(jìn)行統(tǒng)計分析。還能夠幫助用戶維持外部布線和夾具的測量完整性,。儀器增添了測試設(shè)置完整性檢查軟件,，允許用戶比較在不同布線和夾具配置下的儀器噪聲電平，進(jìn)而確定和隔離測量系統(tǒng)中的噪聲敏感區(qū)域,。除了上述令人印象深刻的測量功能外,，還提供了一些使用簡便的測量輔助功能，可讓那些從未接受或已接受過電氣工程部分培訓(xùn)的用戶輕松地完成復(fù)雜的電氣表征,。

主要技術(shù)指標(biāo)

*的圖顯皮安表/靜電計可測量低至 0.01 fA 的電流和高達(dá) 10 PΩ 的電阻

主要特性

– 0.01 fA (10-17 A)  zui小電流分辨率, 2 pA 至 20 mA 電流量程, 6.5 位分辨率

– 在 zui低電流量程內(nèi)的內(nèi)阻壓降小于 20 μV

– 讀取速率高達(dá) 20,000 讀數(shù)/秒

– 提供電池供電型產(chǎn)品, 以消除電源線噪聲并進(jìn)行測量1

– 內(nèi)置 ±1,000 V 電壓源 2

– 測量高達(dá) 10 PΩ (1016 Ω) 的電阻 2

– 輸入阻抗 > 200 TΩ, 支持高達(dá) 20 V 的電壓測量 2

– 獨(dú)立的電流和電壓測量2

– 6.5 位分辨率可實(shí)現(xiàn)低至 2 nC 量程的電荷測量2

– 溫度和濕度測量 2

– 四種視圖模式 (儀表視圖,、圖形視圖、直方圖,、滾動視圖)

– 簡單易用的自動導(dǎo)航特性, 便于選擇 *的量程和積分時間

– 測試設(shè)置完整性檢查功能選件, 可隔離噪聲源

– 多功能接口 (USB 2.0: LAN,、GPIB、LXI Core)

– USB (前面): 存儲數(shù)據(jù), 保存/調(diào)用設(shè)置信息

– 免費(fèi) PC 控制軟件

應(yīng)用實(shí)例

– 材料科學(xué)(生物材料,、陶瓷,、橡膠、薄膜,、介質(zhì)材料,、電化學(xué)材料、鐵電材料,、石墨烯,、金屬、有機(jī)材料,、納米材料,、聚合物、半導(dǎo)體等)

– 電子元器件(電容器,、電阻器,、二極管、傳感器,、TFT 和 CNT 等類型的晶體管,、光電器件、太陽能電池等)

– 電子/非電子系統(tǒng) (離子束,、電子束,、傳感系統(tǒng)、粒子測量,、嵌入式精密儀器等)

0.01 fA 分辨率

為什么至關(guān)重要 ?

許多材料科學(xué)和器件表征應(yīng)用要求測試設(shè)備能夠測量超微弱電流,，但傳統(tǒng)的數(shù)字萬用表 (DMM) 不能做到這一點(diǎn)。飛安表/皮安表和靜電計提供行業(yè)的 0.01 fA 電流測量分辨率,，從而能夠進(jìn)行精確,、詳細(xì)的測量,，性能遠(yuǎn)勝于傳統(tǒng)的皮安表和靜電計。因此您可以確定,， 將會滿足您的未來電流測量要求,。

出色的 0.01 fA 分辨率結(jié)合其他*特性, 助您解決以往棘手的測量問題

解決方案 1: 為用戶提供了時域視圖 (滾動視圖),可以讓您直觀地選擇何時進(jìn)行數(shù)據(jù)捕獲。

圖形用戶界面提供了滾動視圖,，以圖形方式實(shí)時地顯示捕獲數(shù)據(jù),，并可存儲多達(dá) 100,000 個數(shù)據(jù)點(diǎn)，以備用戶日后檢索,。高達(dá) 100 kHz 采樣率的時域視圖可顯示實(shí)時測量趨勢,，引導(dǎo)用戶深入探索被測器件 (DUT) 的動態(tài)特性,。提供靈活的圖形顯示功能,，以簡化數(shù)據(jù)分析。在圖形視圖中,，靜電計可用內(nèi)置電壓源的數(shù)值或電壓測量數(shù)據(jù)在屏幕上繪制 I-V 曲線,，也可輕松地繪制多種其他的 X-Y 圖，包括 I-t,、V-t,、R-t、Q-t 和 I-R 等 (特定的圖形顯示功能取決于所使用的產(chǎn)品型號),。這種強(qiáng)大且功能齊全的圖形顯示特性將幫助用戶深入分析靈敏測量,。

測量問題2：數(shù)顯儀器在 zui低有效位數(shù)時往往呈現(xiàn)出不穩(wěn)定現(xiàn)象，而且不會提供測量平均值和標(biāo)準(zhǔn)差信息,。

解決方案 2: 您可以借助實(shí)時直方圖特性立即查看和評測數(shù)據(jù)分布

所有的低電平測量都會帶有統(tǒng)計不確定性,，因為測量條件的微小波動都會帶來測量結(jié)果的隨機(jī)變化。傳統(tǒng)的解決方法是借助直方圖對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行測試 (一般是在 PC 中),。然而,，如果您需要執(zhí)行多次測量和測試設(shè)置調(diào)試，這個過程就會變得單調(diào)乏味,。

B2980A系列的數(shù)據(jù)捕獲速度有多快,？    

測量速度一般由積分設(shè)置中的孔徑時間決定，通常與電源線性周期數(shù) (PLC) 成正比,?？讖綍r間越短，效果越好,，因為足夠的平均時間可避免電源線噪聲對測量的影響,。

然而由于傳統(tǒng)儀器的讀取速率相對緩慢，尤其在孔徑關(guān)閉后需要長時間操作,，因而不能捕獲快速瞬態(tài)信號,。相比之下,，具有快速讀取速率 (20,000 讀數(shù)/秒)和流線型系統(tǒng)架構(gòu)，操作時間大幅度縮短,。因此即便是 zui低 PLC 設(shè)置,，B2980A 系列中的數(shù)據(jù)采樣功能同樣適用，可捕獲更詳細(xì)的被測器件響應(yīng),。下面實(shí)例對比了傳統(tǒng)儀器和 數(shù)據(jù)采樣功能,。這一實(shí)例表明，能以 4 倍于傳統(tǒng)儀器的計時分辨率進(jìn)行數(shù)據(jù)捕獲,，因為其測量開銷較低,。

與傳統(tǒng)儀器不同的是，提供實(shí)時自擴(kuò)展的直方圖顯示功能,，用以不間斷地更新平均值和標(biāo)準(zhǔn)差,，使您能迅速調(diào)試測量設(shè)置，避免了在測量后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的麻煩,。直方圖可在儀表視圖中顯示,，允許您對比直方圖上的累積數(shù)據(jù)與實(shí)時數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。注 : 直方圖支持的 zui大數(shù)據(jù)記錄數(shù)是 10 萬,。

解決方案 3: 提供電池供電型產(chǎn)品,可以消除電源線噪聲, 增強(qiáng)低噪聲測量性能,。

交流電源線噪聲對測量靈敏度有著*影響。通過集成一個或多個 PLC,，可將交流電源線噪聲對測量的影響降至 zui小,。然而， 憑借自身出色的噪聲性能也無法*消除噪聲 (除非使儀器*隔離),。由此,，飛安表/皮安表和靜電計均提供電池供電型產(chǎn)品，使您能在沒有電源線噪聲的條件下進(jìn)行測量,。正常工作條件下,，兩款電池供電型的工作時間分別是 7 小時 和 5 小時，在電池電量低于 5% 時會自動保存您的測量數(shù)據(jù)和測量設(shè)置信息,。除了消除噪聲外,，它們還為您帶來了便攜性優(yōu)勢，您可以在任何地方使用儀器,。

本底噪聲有多低?

甚至在 PLC 積分時間為 0.1 的交流模式下,，*設(shè)計仍能保證其電流測量性能遠(yuǎn)勝過傳統(tǒng)的皮安表和靜電計。下圖對比了多個儀器在相同測量條件下的電流測量噪聲電平,。如圖所示,，可以更快速地測量更低的噪聲，削弱了用戶在測量速度與精度之間權(quán)衡利弊的必要性,。

三軸電纜優(yōu)于競爭產(chǎn)品的原因有哪些?

三軸電纜是微弱電流測量應(yīng)用的*器件,，生產(chǎn)廠商眾多,。三軸電纜的絕緣層和內(nèi)護(hù)套之間還有一個半導(dǎo)體層，旨在 zui大限度地減少層間摩擦產(chǎn)生的摩擦電,。因此,，公司三軸電纜基本沒有受到電纜振動的影響，能得到更精確,、更穩(wěn)定的測量結(jié)果,。所有型號均配有一根 1.5 米的三軸電纜。

測量問題 4: 驗證測量布線完整性是

實(shí)現(xiàn)精確測量的關(guān)鍵, 這一功能是傳

統(tǒng)儀器所不具備的,。

解決方案 4: 可選軟件及附件有助于降低布線復(fù)雜程度

在進(jìn)行靈敏測量時,，布線的設(shè)計和連接也是用戶面臨的難題之一。引起測量噪聲或不穩(wěn)定性的因素有很多,，譬如布線不合理,、電纜質(zhì)量差或保護(hù)不當(dāng)；但是,，透過這些因素來判斷測量夾具故障的根源并不容易,。傳統(tǒng)儀器一般僅提供 *實(shí)踐指南,，無法幫助用戶解決這類故障,。相比之下，提供了測試設(shè)置完整性檢查功能,，可離析由測試設(shè)置元素引起的噪聲,，包括電纜、適配器,、屏蔽室,、測試艙等，然后在前面板圖形用戶界面上用表格形式顯示信息,。如下圖所示,，用戶使用測試設(shè)置完整性檢查功能，能夠比較無電纜連接的儀器與已連接多個設(shè)置元素的儀器的噪聲電平,。通過對比不同的設(shè)置元素所引起的噪聲電平 (作為標(biāo)準(zhǔn)差),，用戶可以輕松判斷電纜及任意給定測量所需的其他設(shè)置元素的質(zhì)量。

沉淀時間相比傳統(tǒng)儀器要快多少?

在比較儀器的沉淀時間時,，您需要了解每一臺儀器如何定義這項技術(shù)指標(biāo),。大部分傳統(tǒng)儀器將沉淀時間定義為一個信號穩(wěn)定到 zui終值的 10% 所需要的時間。但設(shè)置為 zui終值的0.1%,。通過減少介電吸收(DA) 可獲得更快的沉淀時間 (建立精度為 0.1%),，即使在量程較低的地方也是如此。參見下圖,。

具備創(chuàng)新的測量功能, 使初學(xué)者和有經(jīng)驗的用戶都能充分利用其強(qiáng)大的測量功能

測量輔助功能可降低低電平測量難度

選擇適合低電平測量的量程和孔徑時間并不總是那么簡單,，因為這些設(shè)置受到目標(biāo)器件/樣本特征和測量條件 (噪聲,、溫度、濕度等) 的影響,。鑒于此,，選擇 *測試設(shè)置對于初學(xué)者甚至有經(jīng)驗的用戶都非常有挑戰(zhàn)性。好消息是,，配置了各種測量輔助功能,，以提高您的測量工作效率。

您通過導(dǎo)航鍵可以輕松地查找 *量程和孔徑時間(速度)參數(shù),。右欄顯示了導(dǎo)航鍵的工作原理,。

"保存" 和 "調(diào)用" 鍵確保您不會丟失經(jīng)過長時間的試錯過程所得到的設(shè)置參數(shù)。

導(dǎo)航特性如何工作?

具有創(chuàng)新的測量導(dǎo)航功能,，可幫助用戶優(yōu)化孔徑時間和量程,。如下所示，導(dǎo)航特性使用三個預(yù)編程量程-孔徑時間曲線,，覆蓋了大多數(shù)的邏輯組合,。默認(rèn)情況下，測量 zui先使用 "常態(tài)" 曲線及適當(dāng)量程,。但如果測量數(shù)據(jù)存在噪聲,，則需按下"高分辨率" (Fine Res) 鍵，將設(shè)置切換為 "穩(wěn)態(tài)" 曲線,。這將自動延長孔徑時間,，降低噪聲。另外,，如果您想要快速地進(jìn)行粗略測量,，可將設(shè)置切換為 "快速" 曲線，這會節(jié)省測量時間,。

借助導(dǎo)航特性中的預(yù)定義曲線,，新手工程師和研究人員將能快速地進(jìn)行低電平測量，可以*不必費(fèi)心去選擇適當(dāng)?shù)目讖綍r間和量程,。如果在執(zhí)行某個特定類型測量時需要定制設(shè)置,，有經(jīng)驗的用戶能夠覆蓋這些曲線，然后啟用儀器的純手動模式,。

免費(fèi)的 PC 軟件及多個接口選件提供靈活的遠(yuǎn)程控制

圖形用戶界面,。快速 IV 軟件通過多個常用接口與 B2980A 系列進(jìn)行通信: LAN,、GPIB (連接 zui多 4 個 B2980A 系列產(chǎn)品) 和 USB (連接 1 個 B2980A 系列產(chǎn)品),。該軟件的功能與 B2980A 系列的前面板相差無幾，并且還能自動將測量數(shù)據(jù)導(dǎo)出為 Microsoft Excel 表格，在 PC 上進(jìn)行進(jìn)一步分析,。Web 界面嵌入到每一臺儀器,，僅通過 PC 上的 LAN 接口訪問。

快速 IV 測量軟件還支持其他的 B2900A 精密儀器 (B2900A 系列電源 / 測量單元和 B2960A 系列低噪聲電源),。

即插即用儀器驅(qū)動程序簡化了編程

用戶想要創(chuàng)建定制軟件,，可使用 B2980A系列的 IVI-C和IVI-COM驅(qū)動程序，或者在美國國家一起公司的網(wǎng)站上下載驅(qū)動程序,。

公司 B2900A 系列

B2980A 系列是 B2900 精密儀器系列的新成員,。B2900 系列可提供多種精密電源和測量解決方案。B2900A 系列電源/測量單元(SMU) 具有 6.5 位分辨率,，可支持 100 nV/10 fA 電源和測量功能,。B2960A 系列低噪聲電源具備 6.5 位電壓源/電流源分辨率和10 μVrms 本底噪聲。B2900A 系列 SMU 和 B2960A 系列電源的輸出范圍均是 ± 210 V 和 ± 3 A (直流) 或 ±10.5 A (脈沖),，并采用相同的彩色 LCD 圖形用戶界面,。有關(guān) B2900 精密儀器系列的更多信息，

高性能附件和效能工具 (可選) 的兼容性表

技術(shù)指標(biāo)和特征

注

條件 : 適當(dāng)調(diào)零, 6½ 位, 1 臺 PLC, 中值濾波器接通, 移動平均值是 10 點(diǎn)

補(bǔ)充特征

 zui終值的 0.1 %

常模抑制比，積分時間 = 1, 2, …, 100 PLC,；電源線頻率 ± 0.1%

注

條件: 自動電壓源歐姆, 適當(dāng)調(diào)零, 6½ 位, 1 臺 PLC, 中值濾波器接通, 數(shù)字濾波器 = 10 個讀數(shù)

在手動模式下, 根據(jù)特定的源電壓和被測電流, 可以算出電阻,。測量精度由電壓源精度和電流表精度決定, 如下: 測量誤差 = R 讀數(shù) x (電壓 % 誤差 + 電壓偏置誤差/電壓 + 電流測量 % 誤差 + 10 x 電流測量偏置誤差/電流量程)

自動模式和手動模式的電流量程是: 電流量程的 10% ≤ 被測電流 ≤ 電流量程的 *

注

條件：適當(dāng)調(diào)零,，6½ 位，1 臺 PLC

常模抑制比, 積分時間 = 1, 2, ..., 100 PLC; 電源線頻率 ± 0.1 %

共模抑制比: 1 kΩ LO 引線不平衡電阻,。給 PLC 積分時間增加 NMRR

注：

條件：適當(dāng)調(diào)零, 6½ 位, 1 ms 孔徑,技術(shù)指標(biāo)在電荷收集 1 至 10 ms 內(nèi)有效,。

對于 NULL 和測量的時間間隔, 精度技術(shù)指標(biāo)增加了 6 fC/s

注

補(bǔ)充特征

10 Hz 至 20 MHz: 補(bǔ)充特征

開路負(fù)載

注：

不包含熱電偶的熱電偶精度, 包含濕度傳感器的溫度探頭精度

支持的濕度傳感器: E+E Electronik 的 EE07 數(shù)字溫濕度探頭

注：

包含傳感器精度

注：

50 Hz, 固定量程

注：

補(bǔ)充特征

注：

1. 獨(dú)立, LCD 開啟, 輸入打開, 輸出關(guān)閉, 自動觸發(fā) 2 μA 固定量程