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上海堅(jiān)融實(shí)業(yè)有限公司
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美國(guó)吉時(shí)利keithley納米科學(xué)研究實(shí)驗(yàn)
•概述•測(cè)量范例•測(cè)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(guó)吉時(shí)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(shì)的主導(dǎo)技術(shù)。納米級(jí)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(guó)德州大學(xué)達(dá)拉斯分校提供）
美國(guó)吉時(shí)利keithley6430 型亞 fA 程控源表® Measures currents with 400aA （400X10-18A） Sensitivity
納米級(jí)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(jí)材料和器件的電氣測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)量類型，以及哪種測(cè)試系統(tǒng)特點(diǎn)將增加速度和準(zhǔn)確度。
對(duì)于實(shí)驗(yàn)室中研究的許多納米級(jí)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(cè)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(duì)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(hào)。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(guó)吉時(shí)利keithley納米科學(xué)研究實(shí)驗(yàn)測(cè)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(duì) 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(duì)源進(jìn)行嚴(yán)格控制的系統(tǒng)，以防止器件自發(fā)熱。吉時(shí)利測(cè)量?jī)x器將這種嚴(yán)格控制與超快測(cè)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(cè)試要求。
測(cè)量這些材料的一種zui常用的測(cè)量技術(shù)是使用 4 線或 “Kelvin” 測(cè)量。采用 Kelvin 測(cè)量技術(shù)時(shí)，需要第二組探頭用于感測(cè)。因?yàn)檫@些探頭中的電流可忽略不計(jì)，所以只用測(cè)量 DUT 兩端的壓降，如下圖所示。因此，電阻測(cè)量或 I-V 曲線發(fā)生就更準(zhǔn)確了。
美國(guó)吉時(shí)利keithley4200-SCS 型半導(dǎo)體特性分析系統(tǒng)中的吉時(shí)利交互式測(cè)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(cè)量測(cè)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(cè)試中的源和測(cè)量功能由源測(cè)量單元（輸出并測(cè)量直流電壓和電流的電子儀器） 提供。測(cè)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(cè)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(shí)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(duì)源進(jìn)行嚴(yán)格控制的系統(tǒng)，以防止器件自發(fā)熱。吉時(shí)利測(cè)量?jī)x器將這種嚴(yán)格控制與超快測(cè)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(cè)試要求。
低電平脈沖測(cè)量涉及輸出電流脈沖并測(cè)量所產(chǎn)生的電壓。因?yàn)槊绹?guó)吉時(shí)利keithley6221 / 2812A 的組合用于解決在低信號(hào)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(cè)試配置在一些重要方面不相同。一個(gè)區(qū)別是所有脈沖測(cè)量都是差分 （或相對(duì)） 測(cè)量。這意味著會(huì)給測(cè)量信號(hào)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(huì)給測(cè)量的電壓帶來嚴(yán)重誤差。
使用 delta 模式測(cè)量技術(shù)消除偏移。
進(jìn)行相對(duì)測(cè)量消除偏移誤差。
測(cè)量的 delta 電壓對(duì)電流脈沖產(chǎn)生正確的電壓響應(yīng)。
兩點(diǎn) delta 模式測(cè)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(cè)量。得到這兩次測(cè)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(cè)量法不能消除隨時(shí)間漂移的熱電偏移。使用 delta 方法中的第三個(gè)測(cè)量點(diǎn)就能消除漂移的偏移量。
一種可選的第三個(gè)測(cè)量點(diǎn)能幫助消除移動(dòng)的偏移量。
第三個(gè)測(cè)量點(diǎn)是可選的，但是并不可取。例如，取決于器件的定時(shí)特性，如果輸出的電流脈沖對(duì)器件有長(zhǎng)期效應(yīng)，那么由于 DUT 脈沖帶來的熱量，用于取消移動(dòng)偏移的第三測(cè)量點(diǎn)可能包含誤差，因此弊大于利。
測(cè)試方案
吉時(shí)利測(cè)量?jī)x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(shí)利測(cè)量?jī)x器和系統(tǒng)適合的納米技術(shù)測(cè)試和測(cè)量任務(wù)節(jié)選。如果您的測(cè)試需要輸出或測(cè)量低電平信號(hào)，那么吉時(shí)利測(cè)量?jī)x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(shí)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(duì)于納米級(jí)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(shí)利不斷致力于增強(qiáng)其硬件和軟件性能以滿足新興測(cè)試需求。吉時(shí)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(jí)途徑到的測(cè)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(cè)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(jí)：現(xiàn)在能工作，以后能成長(zhǎng)；
4.脈沖測(cè)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(cè)量標(biāo)準(zhǔn) —— IEEE P1650-2005 標(biāo)準(zhǔn)：“測(cè)量碳納米管電氣特性的 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法”。
6.吉時(shí)利高速和簡(jiǎn)潔的測(cè)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(jiǎn)便地進(jìn)行復(fù)雜測(cè)量。
7.吉時(shí)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(yè)，其中包含手冊(cè)、軟件和驅(qū)動(dòng)的快速鏈接。
美國(guó)吉時(shí)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(guó)吉時(shí)利keithley2611 型高壓和脈沖輸出源表
美國(guó)吉時(shí)利keithley2612 型雙通道高壓和脈沖輸出源表
美國(guó)吉時(shí)利keithley2635 型低電流和脈沖輸出源表
美國(guó)吉時(shí)利keithley2636 型雙通道低電流和脈沖輸出源表
美國(guó)吉時(shí)利keithley6430 型亞 fA 程控源表
電流源 / 納伏表
美國(guó)吉時(shí)利keithley6220 型直流電流源
美國(guó)吉時(shí)利keithley6221 型交流和直流電流源
美國(guó)吉時(shí)利keithley2182A 型納伏表
靜電計(jì) / 皮安表
美國(guó)吉時(shí)利keithley6514 型靜電計(jì)
美國(guó)吉時(shí)利keithley6517A 型靜電計(jì) / 高阻表
美國(guó)吉時(shí)利keithley6485 型皮安表
美國(guó)吉時(shí)利keithley6487 型皮安表 / 電壓源
電流放大器
美國(guó)吉時(shí)利keithley428 型可編程電流放大器
脈沖發(fā)生器
美國(guó)吉時(shí)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(cè)子
探索應(yīng)對(duì)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(guó)吉時(shí)利keithley2600 系列數(shù)字源表多通道 IV 測(cè)試儀器 – 用于快速研發(fā)和功能測(cè)試的可擴(kuò)縮方案
美國(guó)吉時(shí)利keithley2400 系列數(shù)字源表系列 探索應(yīng)對(duì)未來納米特性分析挑戰(zhàn)的方案
吉時(shí)利脈沖方案
精密、低電流源用于器件測(cè)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(cè)試創(chuàng)新測(cè)試您的信號(hào)
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(cè)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(guó)吉時(shí)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(cè)
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(guó)吉時(shí)利keithley2400 系列數(shù)字源表系列
美國(guó)吉時(shí)利keithley2600 系列數(shù)字源表多通道 I-V 測(cè)試方案
美國(guó)吉時(shí)利keithley6430 型亞 fA 程控源表
美國(guó)吉時(shí)利keithley2182A 型納伏表
美國(guó)吉時(shí)利keithley6220 型直流電流源和 6221 型交流和直流電流源
美國(guó)吉時(shí)利keithley6485 型皮安表
美國(guó)吉時(shí)利keithley6487 型皮安表 / 電壓源
美國(guó)吉時(shí)利keithley6514 型可編程靜電計(jì)
美國(guó)吉時(shí)利keithley6517A 型靜電計(jì) / 高阻表
65 型高電阻率測(cè)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(guó)吉時(shí)利keithley白皮書
納米科技測(cè)試的挑戰(zhàn)
提高納米電子和分子電子器件的低電流測(cè)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(cè)量
納米級(jí)器件和材料的電氣測(cè)量
提高超高電阻和電阻率測(cè)量的可重復(fù)性
一種微分電導(dǎo)的改進(jìn)測(cè)量方法
納米技術(shù)準(zhǔn)確電氣測(cè)量的技術(shù)
納米級(jí)材料的電氣測(cè)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(cè)量挑戰(zhàn)
用于測(cè)量半導(dǎo)體材料的高電阻率和霍爾電壓的測(cè)量?jī)x器和技術(shù)
電子計(jì)數(shù)：如何用微微微安量程測(cè)量電流
低壓測(cè)量技術(shù)
基于吉時(shí)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(cè)量技術(shù)實(shí)現(xiàn)更高準(zhǔn)確度的電阻測(cè)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(píng)估氧化層的可靠性
#2241 用低噪聲 4200-SCS 進(jìn)行超低電流測(cè)量
#2475 用 4200-SCS 實(shí)現(xiàn) 4 探針電阻率和霍爾電壓測(cè)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(cè)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(cè)量
#2876 使用 4200-SCS 半導(dǎo)體特性分析系統(tǒng)對(duì)太陽(yáng)能 / 光伏電池進(jìn)行 I-V 和 C-V 測(cè)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(cè)量
數(shù)字源表
#804 用 2400 系列數(shù)字源表進(jìn)行 IDDQ 測(cè)試和待機(jī)電流測(cè)試
#1953 使用 2420 測(cè)量光伏電池的 I-V 特性
#2217 多臺(tái)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(cè)試
#2402 OLED 顯示器的直流生產(chǎn)測(cè)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(cè)試和待機(jī)電流測(cè)試
#2814 在運(yùn)行中第 5 次測(cè)量用于偏置溫度不穩(wěn)定特性分析
使用兩臺(tái) 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(gè)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(cuò)誤
使用吉時(shí)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(cè)量
電流源 / 納伏表
#1132 理解低壓測(cè)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(cè)量
#314 體電阻率和表面電阻率
#1671 低電流測(cè)量
#2464 用 6517A 對(duì)惰性氣體或高度真空中的小晶體進(jìn)行高電阻測(cè)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
