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作者：泰克公司 前言：材料性質(zhì)的研究是當代材料科學(xué)的重要一環(huán)，所謂材料的性質(zhì)是指對材料功能特性和效用的定量度量和描述，即材料對電、磁、光、熱、機械載荷的反應。源表SMU 在當代材料科學(xué)研究中，起到舉足輕重的作用，選擇適合某類(lèi)材料電性能測試的SMU，如何降低測試誤差，測試中應當注意什么，這些問(wèn)題都需要重點(diǎn)關(guān)注。泰克吉時(shí)利的品牌在全球許多學(xué)科工程師和科學(xué)家中享有盛譽(yù)，其高精度源表（SMU）、萬(wàn)用表、精密電源、微小信號測試以及數據采集產(chǎn)品，同泰克公司原有的產(chǎn)品線(xiàn)一同為當代材料科學(xué)研究提供多種測試方案。 【當代材料電學(xué)測試課堂】系列涉及當代材料科學(xué)尖端的電運輸及量子材料/超導材料測試、一維/碳納米管材料測試、二維材料及石墨烯測試及納米材料的應用測試。今天跟您分享第一篇，【當代材料電學(xué)測試課堂】系列之一： 納米測試（下）。 _____ 納米材料電學(xué)測試方案將在本文中闡述，包括《納米線(xiàn)/碳納米管測試方案》、《二維/石墨烯材料測試方案》。納米材料電學(xué)測試SMU 應用場(chǎng)景、測試特點(diǎn)及選型原則的示意圖，結合被測納米材料或納米電子器件的類(lèi)型及測試要點(diǎn)，選擇最適合的SMU。4200 – SCS 幾乎適用于全部種類(lèi)的納米材料的測試，當然，某些特殊的源表更適合一些特殊的應用。 納米線(xiàn)/碳納米管及電子器件測試 納米線(xiàn)（Nano Wire）為一種橫向上被限制在100納米以下（縱向沒(méi)有限制）的一維材料。根據組成材料的不同，納米線(xiàn)可分金屬納米線(xiàn)，半導體納米線(xiàn)和絕緣體納米線(xiàn)。作為納米材料的一種，納米線(xiàn)具備上文概述的納米材料全部特性，在電子，光電子和納電子機械器械中，納米線(xiàn)起到很重要的作用。它同時(shí)還可以作為合成物中的添加物、量子器械中的連線(xiàn)、場(chǎng)發(fā)射器和生物分子納米感應器等。 I-V 測試是納米線(xiàn)/碳納米管最基本的電性能測試，SMU 是基本測試儀器，不同種類(lèi)的碳納米管需不同的 SMU 進(jìn)行測試，SMU選擇依據為： • 被測樣品所需 SMU 通道數 • 被測樣品是否有脈沖測試需求 • 被測樣品是否有電容測試需求 • 被測樣品電阻范圍，施加或測試的電流范圍以及施加或測試的電壓范圍 納米線(xiàn)/碳納米管及其電子器件綜合測試方案 • 4200A-SCS 主機 • 4200 SMU 模塊，模塊數量由通道數決定 • 4200 PA，選件，依據最小測試電流定，數量與SMU模塊匹配 • 4225 PMU，選件，依據脈沖需求定，模塊數由通道數定，是否加放大器由最小測試電流定 • 4210 CVU，選件，有電容特性測試需求時(shí)配置 • 納米探針臺（第三方） • 軟件：Clarius 方案優(yōu)勢： • 測試范圍寬，滿(mǎn)足全部種類(lèi)納米線(xiàn)/碳納米管及其電子器件測試需求 • 多種配置滿(mǎn)足不同的應用需求 • 內置多種納米線(xiàn)/碳納米管器件庫，調用后自動(dòng)生成相應器件的測試流程 
二維/石墨烯材料及電子器件測試 所謂二維材料 （Two dimensional material ），指的是電子僅可在兩個(gè)維度的非納米尺度（1-100nm）上自由運動(dòng)（平面運動(dòng)）的材料，屬于納米材料的范疇，包含具有超導、金屬性、半金屬、拓撲絕緣體、半導體、絕緣體的材料。二維材料最為典型的代表是石墨烯，石墨烯是由碳原子組成的二維結構，由于在電學(xué)/熱學(xué)/光學(xué)等方面的優(yōu)良特性，被廣泛研究并使用在這個(gè)領(lǐng)域。在半導體特性上，石墨烯具有優(yōu)良的導電特性及易摻雜改性的特性，因此被用來(lái)制作為各種半導體器件，如零帶隙、頂柵石墨烯場(chǎng)效應管，雙層石墨烯晶體管，雙極超導石墨烯晶體管，石墨烯納米帶場(chǎng)效應管等。在應用上可作為穿戴設備，傳感器，充電設備等。 對二維/石墨烯材料，通常使用四探針?lè )ɑ蚍兜卤しy試電阻率，用霍爾效應測測試載流子遷移率及載流子濃度。 二維/石墨烯材料及電子器件電性能測試挑戰 • 二維/石墨烯材料屬于納米材料范疇，上文中討論的測試挑戰對二維/石墨烯材料都適用。 • 電阻率及霍爾效應測試均是加流測壓的過(guò)程，需要設備能輸出電流并且測試電壓，這意味著(zhù)同時(shí)需要電流源和電壓表，并且電流源和電壓表精度要高，保證測試的準確性。 • 電阻率及電子遷移率通常范圍較大，需要電流電壓范圍都很大的設備。 • 需與探針臺配合，測試設備需方便連接，需易用的軟件 • 霍爾效應測試時(shí)，通常要準備霍爾條（Hall Bar） 高性?xún)r(jià)比測試方案1： • 6221高精度脈沖電流源 • 2182 納伏表 • 7168 開(kāi)關(guān)卡 • 探針臺（第三方） • 軟件：自行開(kāi)發(fā)
方案優(yōu)勢 • 性?xún)r(jià)比高 • 具有脈沖電流 • Delta 模式 • 被測樣品電阻適用范圍廣（uΩ ~ TΩ） • 納伏開(kāi)關(guān)卡不影響測試精度 高性能測試方案2： • 4200A-SCS + 4200 SMU X 3 或 4 • 4200 PA X 3 或 4 • 測試臺 (第三方) • 軟件：Clarius
方案優(yōu)勢： • SMU模塊集電壓源/電壓表/電流源/電流表于一體，集成度高，方便使用 • SMU均配有開(kāi)爾文接口，在測試小電阻時(shí)可有效消除線(xiàn)纜電阻的影響 • 電流輸出精度40fA；電流測試精度10fA；電壓測試精度80μV； • 帶有pulse工作模式，使用pulse測試可以消除自加熱效應 （需增加 4225 PMU 硬件） • Clarius 軟件可調用內置Project，不僅適用于針對二維/石墨烯材料的四探針，范德堡，霍爾效應測試，也適用于二維/石墨烯電子器件 I-V C-V 特性測試（C-V 特性測試時(shí)需添加 4210 CVU 硬件） • 開(kāi)放設備底層指令，附帶編譯軟件，支持自編程 納米發(fā)電測試方案 納米發(fā)電機是基于規則的氧化鋅納米線(xiàn)，在納米范圍內將機械能轉化成電能，是世界上最小的發(fā)電機。目前納米發(fā)電機可以分為三類(lèi)：壓電納米發(fā)電機、摩擦納米發(fā)電機、熱釋電納米發(fā)電機。 納米發(fā)電面臨的測試挑戰 1. 發(fā)電機產(chǎn)生的電流小 2. 發(fā)電機的內阻大，開(kāi)路電壓測不準 3. 信號變化快，很難采集電壓或者電流峰值 泰克納米發(fā)電測試方案 采用高內阻的靜電計6517+數據采集儀DMM6500+納米發(fā)電采集軟件來(lái)進(jìn)行微小納米發(fā)電電流數據采集。由于現在納米發(fā)電機中有一部分已經(jīng)轉向實(shí)際應用研究，其中之一就有壓力傳感方向，而矩陣式壓力傳感器的測試是很多老師和同學(xué)比較頭疼的一個(gè)問(wèn)題，為了解決這類(lèi)問(wèn)題，根據要求搭建了一個(gè)測試方案如下： 3706A-S 1 3721 1 3721-ST 1 6517B 1 三同軸轉鱷魚(yú)夾 1 6500（如需要做高速采集，則配置） 1
方案優(yōu)勢: • 納米發(fā)電研究領(lǐng)域推薦測試方案 • 優(yōu)異的小心測試能力 • 定制化軟件，更快，更簡(jiǎn)單，更專(zhuān)業(yè) • 可升級，滿(mǎn)足研究將來(lái)的測試需求 了解當代材料電學(xué)測試更多詳細內容，https://www.tek.com.cn/application/material-science。 |
