•概述•测量范例•测试方案

•带给纳米科学研究人员的主要好处•纳米联盟合作伙伴资源•常用产品

•相关资料•其它应用领域

 

正如数字革命和现代生物学，纳米技术日益成为科学技术向前发展趋势的主导技术。纳米级科学和工程将基础研究和教育的进步，电子和光电器件的进步以及半导体制造、生物技术、替代能源和工业制造的显著变化。

3 端纳米线晶体管

（图片由美国德州大学达拉斯分校提供） 

美国吉时利keithley6430 型亚 fA 程控源表® Measures currents with 400aA （400X10-18A） Sensitivity 

 

纳米级材料和器件的制造通常始于化学、生物学或半导体器件 / 微电子实验室。纳米级材料和器件的电气测量不仅揭示了电特性，还揭示了纳米微粒的状态密度等一般特性。这些基本特性可用于预测和控制物理特性，例如抗拉强度、颜色以及电导性和导热性。然而，进行有意义的测量需要高灵敏度的仪器以及复杂的探头技术。于纳米技术研究的仪器不断增加，但是用户必须了解所需的测量类型，以及哪种测试系统特点将增加速度和准确度。

 

对于实验室中研究的许多纳米级材料和器件，zui常见的电气特性分析方法是电流与电压 （I-V） 测试。电流-电压特性是显示电子器件上的直流电流与其两端的直流电压之间关系的一幅图。电气工程师使用这些图确定器件的基本参数并对电子电路的行为建模。通常，工程师将特性分析图称为 I-V曲线，从而指用于电流和电压的标准符号。典型的碳纳米管MOSFET 的漏电压与漏电流 I-V 曲线看起来像左边的曲线。

 

 

新材料研究

4 线连接至碳纳米管 

（图片重新制作以示对 Zyvex 公司的尊重） 

 

在器件开发过程中，类似纳米线、碳纳米管和纳米晶体的结构常常表现出与众不同的特点。分析这些特点而不损坏*的结构需要能对源进行严格控制的系统，以防止器件自发热。吉时利测量仪器将这种严格控制与超快测量速度和灵敏度结合在灵活、模块化的结构中从而很容易适应不断变化的测试要求。

 

测量这些材料的一种zui常用的测量技术是使用 4 线或 “Kelvin” 测量。采用 Kelvin 测量技术时，需要第二组探头用于感测。因为这些探头中的电流可忽略不计，所以只用测量 DUT 两端的压降，如下图所示。因此，电阻测量或 I-V 曲线发生就更准确了。

 

美国吉时利keithley4200-SCS 型半导体特性分析系统中的吉时利交互式测试环境 （KITE） 允许任何纳米科学领域的研究人员培养轻松、快捷地配置测量测试的能力。KITE 是一款用于纳米材料和器件以及半导体器件特性分析的应用程序。测试中的源和测量功能由源测量单元（输出并测量直流电压和电流的电子仪器） 提供。测试能力的扩展可以通过各种外部组件的支持实现。这是碳纳米管 I-V 测试的设置范例以及单壁碳纳米管的 I-V 扫描结果：

 

这幅图说明了采用吉时利 4200-SCS 和 KITE 获得的碳纳米管 I-V 曲线

（感谢 Zyvex 公司）

 

实验器件的开发

由一系列金纳米粒子形成的器件。照片由芝加哥大学的 K. Elteto 和 X.M. Lin 提供。 

在器件开发过程中，类似纳米线、碳纳米管和纳米晶体的结构常常表现出与众不同的特点。分析这些特点而不损坏*的结构需要能对源进行严格控制的系统，以防止器件自发热。吉时利测量仪器将这种严格控制与超快测量速度和灵敏度结合在灵活、模块化的结构中从而很容易适应不断变化的测试要求。

 

低电平脉冲测量涉及输出电流脉冲并测量所产生的电压。因为美国吉时利keithley6221 / 2812A 的组合用于解决在低信号电平、低电平噪声条件下的脉冲特性分析问题。然而，6221 / 2182A 组合与以往所有的测试配置在一些重要方面不相同。一个区别是所有脉冲测量都是差分 （或相对） 测量。这意味着会给测量信号增加误差 （例如偏移、漂移、噪声和热电的 EMF） 的背景电压被消除了。

 

由于热电压和仪表偏移产生的直流偏移会给测量的电压带来严重误差。

 

使用 delta 模式测量技术消除偏移。

 

 

进行相对测量消除偏移误差。

测量的 delta 电压对电流脉冲产生正确的电压响应。

两点 delta 模式测量的操作是输出电流脉冲并且在每次脉冲之前和脉冲期间各进行一次测量。得到这两次测量的差值就消除了任何恒定的热电偏移，保留了真实的电压值。然而，两点测量法不能消除随时间漂移的热电偏移。使用 delta 方法中的第三个测量点就能消除漂移的偏移量。

 

一种可选的第三个测量点能帮助消除移动的偏移量。

第三个测量点是可选的，但是并不可取。例如，取决于器件的定时特性，如果输出的电流脉冲对器件有长期效应，那么由于 DUT 脉冲带来的热量，用于取消移动偏移的第三测量点可能包含误差，因此弊大于利。

 

吉时利测量仪器在纳米技术研究和开发环境中的应用不断扩大。这里示出的应用仅是吉时利测量仪器和系统适合的纳米技术测试和测量任务节选。如果您的测试需要输出或测量低电平信号，那么吉时利测量仪器能帮助您更准确、更经济有效地执行这些操作。

 

4200-SCS 半导体特性分析系统

特点：

符合 IEEE P1650-2005 标准；

易于使用，基于 Windows 操作；

完整、集成方案；

无以伦比的灵活性和适应性。

吉时利zui初开发 4200-SCS 是用于半导体工业，但是纳米技术研究人员很快就发现 4200-SCS 对于纳米级材料和器件的开发和研究非常有效。今天，4200-SCS 强大的特性分析系统是用于*纳米技术研究和教育实验室的行业标准工具，其应用领域从材料研究和纳米结构开发到纳米电子器件的I-V特性分析。4200-SCS 系统深受欢迎的部分原因是吉时利不断致力于增强其硬件和软件性能以满足新兴测试需求。吉时利不断致力于提高 4200-SCS 的性能确保不断为您提供经济有效的系统升级途径到的测量性能。

 

带给纳米科学研究人员的主要好处

1.精密、有把握地分析纳米材料和实验器件的能力；

2.直流、脉冲、射频测试：扩展您的能力，拓展发现的潜力；

3.可配置、可扩缩、可升级：现在能工作，以后能成长；

4.脉冲测试zui小化焦耳热效应；

5.4200-SCS 符合并且支持世界*项用于碳纳米管的电测量标准 —— IEEE P1650-2005 标准：“测量碳纳米管电气特性的 IEEE 标准测试方法”。

6.吉时利高速和简洁的测试方案能让生物学家、化学家、物理学家或其他研究人员简便地进行复杂测量。

7.吉时利产品被您的同行在久负盛名的纳米科学研究期刊中广泛使用和引用，例如：

- 《纳米快报》（Nano Letters）- 《纳米技术》（Nanotechnology）- 《IEEE 纳米技术汇刊》（IEEE Transactions on Nanotechnology）

- 《先进材料》（Advanced Materials）- 《自然》（Nature）- 《应用物理快报》（Applied Physics Letters）

 

纳米联盟合作伙伴资源

纳米工程功能材料研究中心 （FENA）西部纳米电子研究所 （WIN）加州纳米系统研究院 （合作伙伴）

 

常用产品

此部分的链接将您带到每款仪器的产品网页，其中包含手册、软件和驱动的快速链接。

美国吉时利keithley4200 型半导体特性分析系统

4200-SCS 型半导体特性分析系统

4200-CVU 型集成 C-V 选件用于 4200-SCS

4200- PIV-A 型脉冲 C-V 选件用于4200-SCS

 

数字源表

2400 型通用数字源表

2410 型高压源表

2420 型 3A 源表

2425 型高功率源表

2430 型脉冲源表

2440 型 源表

2601 型高吞吐量源表

2602 型双通道高吞吐量源表

美国吉时利keithley2611 型高压和脉冲输出源表

美国吉时利keithley2612 型双通道高压和脉冲输出源表

美国吉时利keithley2635 型低电流和脉冲输出源表

美国吉时利keithley2636 型双通道低电流和脉冲输出源表

美国吉时利keithley6430 型亚 fA 程控源表

 

电流源 / 纳伏表

美国吉时利keithley6220 型直流电流源

美国吉时利keithley6221 型交流和直流电流源

美国吉时利keithley2182A 型纳伏表

 

静电计 / 皮安表

美国吉时利keithley6514 型静电计

美国吉时利keithley6517A 型静电计 / 高阻表

美国吉时利keithley6485 型皮安表

美国吉时利keithley6487 型皮安表 / 电压源

 

电流放大器

美国吉时利keithley428 型可编程电流放大器

 

脉冲发生器

美国吉时利keithley3401 型单通道脉冲 / 码型发生器

3402 型双通道脉冲 / 码型发生器

 

小册子

探索应对未来纳米特性分析挑战的方案

4200-SCS 半导体特性分析系统

4200-CVU 集成 C-V 选件用于 4200-SCS

美国吉时利keithley2600 系列数字源表多通道 IV 测试仪器 – 用于快速研发和功能测试的可扩缩方案

美国吉时利keithley2400 系列数字源表系列 探索应对未来纳米特性分析挑战的方案

吉时利脉冲方案

精密、低电流源用于器件测试和分析

高准确度皮安表适于低电流 / 高阻应用

高准确度静电计适于低电流 / 高阻应用

用、的无线测试创新测试您的信号

半导体特性分析系统 – 产品浏览

4200-SCS 半导体特性分析系统

4200-CVU 集成 C-V 选件用于 4200-SCS

4200- PIV-A 脉冲 C-V 包用于 4200-SCS 半导体特性分析系统

 

数字源表 – 产品浏览

SourceMeter® 仪器 （电流源 / 电压源和测量产品）

2400 型数字源表

2601 型和 2602 型 SourceMeter® 仪器

2611 型和 261 2型 SourceMeter® 仪器 （200V）

2635 型和 2636 型 SourceMeter® 仪器 （低电流）

 

脉冲 / 码型发生

3400 系列脉冲 / 码型发生器

 

电流源 / 纳伏表

美国吉时利keithley6220 / 6221 和 2182A 精密电流源和纳伏表

 

静电计 / 皮安表

低电流高电阻产品

 

产品数据

4200-SCS 半导体特性分析系统技术数据手册

44200-SCS 型半导体特性分析系统

4200-CVU 型集成 C-V 选件用于 4200-SCS

美国吉时利keithley2400 系列数字源表系列

美国吉时利keithley2600 系列数字源表多通道 I-V 测试方案

美国吉时利keithley6430 型亚 fA 程控源表

美国吉时利keithley2182A 型纳伏表

美国吉时利keithley6220 型直流电流源和 6221 型交流和直流电流源

美国吉时利keithley6485 型皮安表

美国吉时利keithley6487 型皮安表 / 电压源

美国吉时利keithley6514 型可编程静电计

美国吉时利keithley6517A 型静电计 / 高阻表

65 型高电阻率测量包

428-PROG 型可编程电流放大器

3400 系列脉冲 / 码型发生器

 

纳米科技测试的挑战

提高纳米电子和分子电子器件的低电流测量

在低功率和低压应用中实现准确、可靠的电阻测量

纳米级器件和材料的电气测量

提高超高电阻和电阻率测量的可重复性

一种微分电导的改进测量方法

纳米技术准确电气测量的技术

纳米级材料的电气测量

降低外部误差源影响的仪器技术

迎接 65nm 节点的测量挑战

用于测量半导体材料的高电阻率和霍尔电压的测量仪器和技术

电子计数：如何用微微微安量程测量电流

低压测量技术

基于吉时利 4200-SCS 的局域网实验室用于微电子工程教育

纳米技术在半导体行业中的作用

为大学生制造实验室设计特性分析系统

用 6 线欧姆测量技术实现更高准确度的电阻测量

新型仪器能稳住锁定状态

 

应用笔记

4200-SCS

#2239 用 4200 进行栅极电介质电容 - 电压特性分析

#2240 评估氧化层的可靠性

#2241 用低噪声 4200-SCS 进行超低电流测量

#2475 用 4200-SCS 实现 4 探针电阻率和霍尔电压测量

#2481 利用 4200-SCS 和 Zyvex S100 纳米控制器实现纳米线和纳米管的 I-V 测量

#2851 用 4200-SCS 半导体特性分析系统和 3400 系列脉冲 / 码型发生器进行电荷泵测量

#2876 使用 4200-SCS 半导体特性分析系统对太阳能 / 光伏电池进行 I-V 和 C-V 测量

基于 4200-SCS 半导体特性分析系统的 MOS 电容 C-V 特性分析

面向 CMOS 晶体管的 4200 脉冲 IV 测量

 

数字源表

#804 用 2400 系列数字源表进行 IDDQ 测试和待机电流测试

#1953 使用 2420 测量光伏电池的 I-V 特性

#2217 多台数字源表的触发器同步

#2218 高亮度、可见光 LED 的生产测试

#2402 OLED 显示器的直流生产测试

#2616 将 2400 系列数字源表的 SCPI 应用转换为 2600 系列源表的脚本应用

#2647 用 2600 系列数字源表进行 IDDQ 测试和待机电流测试

#2814 在运行中第 5 次测量用于偏置温度不稳定特性分析

使用两台 2400 型数字源表输出 2A 电流

技术笔记：数字源表的缓冲器以及如何用这两个缓冲器获取多达 5000 点数据

我能否用 2400 或其它非脉冲模式源表产生电流 （或电压） 脉冲？

排除 SCPI 常见错误

使用吉时利数字源表和 LabTracer 软件的器件特性分析技术

 

脉冲发生器

#2851 用 4200-SCS 半导体特性分析系统和 3400 系列脉冲 / 码型发生器进行电荷泵测量

 

电流源 / 纳伏表

#1132 理解低压测量技术

#2611 基于 6221 / 2182A 组合的低电平脉冲电气特性分析

#2615 使用四点共线探针和 6221 电流源确定电阻率和电导率类型

 

静电计 / 皮安表

#312 高阻测量

#314 体电阻率和表面电阻率

#1671 低电流测量

#2464 用 6517A 对惰性气体或高度真空中的小晶体进行高电阻测量

#2615 使用四点共线探针和 6221 电流源确定电阻率和电导率类型

 

其它应用领域

半导体器件实验室

电路 / 基础电子实验室