【當(dāng)代材料電學(xué)測試】系列之一: 納米測試(下)
發(fā)布時(shí)間:2021-03-15 來源:泰克科技 責(zé)任編輯:lina
【導(dǎo)讀】【當(dāng)代材料電學(xué)測試課堂】系列涉及當(dāng)代材料科學(xué)尖端的電運(yùn)輸及量子材料/超導(dǎo)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(yīng)用測試。今天跟您分享第一篇,【當(dāng)代材料電學(xué)測試課堂】系列之一:納米測試(下)。
前言
材料性質(zhì)的研究是當(dāng)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(jī)械載荷的反應(yīng)。源表SMU 在當(dāng)代材料科學(xué)研究中,起到舉足輕重的作用,選擇適合某類材料電性能測試的SMU,如何降低測試誤差,測試中應(yīng)當(dāng)注意什么,這些問題都需要重點(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)、萬用表、精密電源、微小信號測試以及數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品,同泰克公司原有的產(chǎn)品線一同為當(dāng)代材料科學(xué)研究提供多種測試方案。
【當(dāng)代材料電學(xué)測試課堂】系列涉及當(dāng)代材料科學(xué)尖端的電運(yùn)輸及量子材料/超導(dǎo)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(yīng)用測試。今天跟您分享第一篇,【當(dāng)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/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(yīng)用場景、測試特點(diǎn)及選型原則的示意圖,結(jié)合被測納米材料或納米電子器件的類型及測試要點(diǎn),選擇最適合的SMU。4200 – SCS 幾乎適用于全部種類的納米材料的測試,當(dāng)然,某些特殊的源表更適合一些特殊的應(yīng)用
納米線/碳納米管及電子器件測試
納米線(Nano Wire)為一種橫向上被限制在100納米以下(縱向沒有限制)的一維材料。根據(jù)組成材料的不同,納米線可分金屬納米線,半導(dǎo)體納米線和絕緣體納米線。作為納米材料的一種,納米線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(jī)械器械中,納米線起到很重要的作用。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、場發(fā)射器和生物分子納米感應(yīng)器等。
I-V 測試是納米線/碳納米管最基本的電性能測試,SMU 是基本測試儀器,不同種類的碳納米管需不同的 SMU 進(jìn)行測試,SMU選擇依據(jù)為:
• 被測樣品所需 SMU 通道數(shù)
• 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/碳納米管及其電子器件綜合測試方案
• 4200A-SCS 主機(jī)
• 4200 SMU 模塊,模塊數(shù)量由通道數(shù)決定
• 4200 PA,選件,依據(jù)最小測試電流定,數(shù)量與SMU模塊匹配
• 4225 PMU,選件,依據(jù)脈沖需求定,模塊數(shù)由通道數(shù)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,滿足全部種類納米線/碳納米管及其電子器件測試需求
• 多種配置滿足不同的應(yīng)用需求
• 內(nèi)置多種納米線/碳納米管器件庫,調(diào)用后自動生成相應(yīng)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(yùn)動(平面運(yùn)動)的材料,屬于納米材料的范疇,包含具有超導(dǎo)、金屬性、半金屬、拓?fù)浣^緣體、半導(dǎo)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(jié)構(gòu),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(dǎo)體特性上,石墨烯具有優(yōu)良的導(dǎo)電特性及易摻雜改性的特性,因此被用來制作為各種半導(dǎo)體器件,如零帶隙、頂柵石墨烯場效應(yīng)管,雙層石墨烯晶體管,雙極超導(dǎo)石墨烯晶體管,石墨烯納米帶場效應(yīng)管等。在應(yīng)用上可作為穿戴設(shè)備,傳感器,充電設(shè)備等。
對二維/石墨烯材料,通常使用四探針法或范德堡法測試電阻率,用霍爾效應(yīng)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(zhàn)
• 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(zhàn)對二維/石墨烯材料都適用。
• 電阻率及霍爾效應(yīng)測試均是加流測壓的過程,需要設(shè)備能輸出電流并且測試電壓,這意味著同時(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(zhǔn)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(shè)備。
• 需與探針臺配合,測試設(shè)備需方便連接,需易用的軟件
• 霍爾效應(yīng)測試時(shí),通常要準(zhǔn)備霍爾條(Hall Bar)
高性價(jià)比測試方案1:
· 6221高精度脈沖電流源
· 2182納伏表
· 7168開關(guān)卡
· 探針臺(第三方)
· 軟件:自行開發(fā)
方案優(yōu)勢
· 性價(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均配有開爾文接口,在測試小電阻時(shí)可有效消除線纜電阻的影響
· 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(yīng) (需增加 4225 PMU 硬件)
· Clarius軟件可調(diào)用內(nèi)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(yīng)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)
· 開放設(shè)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(jī)是基于規(guī)則的氧化鋅納米線,在納米范圍內(nèi)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能,是世界上最小的發(fā)電機(jī)。目前納米發(fā)電機(jī)可以分為三類:壓電納米發(fā)電機(jī)、摩擦納米發(fā)電機(jī)、熱釋電納米發(fā)電機(jī)。
納米發(fā)電面臨的測試挑戰(zhàn)
1. 發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電流小
2. 發(fā)電機(jī)的內(nèi)阻大,開路電壓測不準(zhǔn)
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(nèi)阻的靜電計(jì)6517+數(shù)據(jù)采集儀DMM6500+納米發(fā)電采集軟件來進(jìn)行微小納米發(fā)電電流數(shù)據(jù)采集。由于現(xiàn)在納米發(fā)電機(jī)中有一部分已經(jīng)轉(zhuǎn)向?qū)嶋H應(yīng)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)問題,為了解決這類問題,根據(jù)要求搭建了一個(gè)測試方案如下:
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,更簡單,更專業(yè)
· 可升級,滿足研究將來的測試需求
(來源:泰克科技)
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