納米器件電流-電壓(I-V)特性測試

對于納米電子和半導(dǎo)體材料與薄膜，采用靈敏的電氣測量工具是十分必要的。它們提供的數(shù)據(jù)能夠幫助我們完全掌握新材料的電氣特性和新器件與元件的電氣性能。納米測量儀器的靈敏度必須要高得多，因?yàn)樾枰獪y量的電流和電壓更低，而且很多納米材料還明顯表現(xiàn)出改善的特性，例如超導(dǎo)性。待測電流的幅值可能處于飛安量級，電壓處于納伏量級，電阻低至微歐量級。因此，測量技術(shù)和儀器必須盡可能地減少噪聲和其他誤差源，以免干擾信號。

　　具有0.1fA(即100埃安)和1μV分辨率的吉時(shí)利4200-SCS半導(dǎo)體特征分析系統(tǒng)就是這樣一種解決方案。其專門提供的脈沖I-V工具套件為脈沖I-V測量提供了雙通道脈沖發(fā)生與測量功能。如果結(jié)合內(nèi)部安裝的高速脈沖發(fā)生器和示波器，4200及其PIV工具套件能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)直流和脈沖I-V測試。

　　信號反射常常會(huì)干擾用戶定制的脈沖測試系統(tǒng)，為了盡可能減少由于阻抗匹配不好而造成的信號反射，吉時(shí)利的4200脈沖I-V測試解決方案提供了一種系統(tǒng)互連箱——RBT(Remote Bias-Tee)，為連接脈沖發(fā)生器提供了AC/DC耦合，該直流測試儀器的原理結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　圖1. 吉時(shí)利4200-PIV測試系統(tǒng)的原理圖

　　利用這種工具套件，研究人員可以同時(shí)進(jìn)行直流和脈沖IV測試以掌握器件特性，例如如圖2所示的FET器件系列特征曲線。

　　圖2. 一系列FET曲線的脈沖I-V與直流I-V特征分析

　　對于具有較大電阻幅值變化的各種導(dǎo)電材料或器件，用戶利用吉時(shí)利的6221/2182A組合可以設(shè)置最佳的脈沖電流幅值、脈沖間隔、脈沖寬度和其它一些脈沖參數(shù)，從而最大限度降低了DUT上的功耗。6221能夠在全量程上產(chǎn)生具有微秒級上升時(shí)間的短脈沖(減少了熱功耗)。6221/2182A組合能夠?qū)崿F(xiàn)脈沖和測量同步——可以在6221加載脈沖之后的16μs內(nèi)開始測量。整個(gè)脈沖，包括一次完整的納伏測量一起，可以短達(dá)50μs。6221和2182A之間的行同步也消除了與電源線相關(guān)的噪聲。

　　最后，吉時(shí)利的3400系列脈沖/碼型發(fā)生器為廣大納米技術(shù)研究者提供了處理各種應(yīng)用需求的靈活性。用戶可以設(shè)置脈沖參數(shù)，例如幅值、上升和下降時(shí)間、脈沖寬度和占空比，可以選擇多種操作模式，包括用于材料和器件特征分析的脈沖與猝發(fā)模式。其簡潔的用戶界面加快了學(xué)習(xí)曲線的建立過程，相比同類產(chǎn)品能夠使用戶更快地設(shè)置和執(zhí)行測試操作。

　　結(jié)束語：

　　脈沖測試為人們和研究納米材料、納米電子和目前的半導(dǎo)體器件提供了一種重要手段。在加電壓脈沖的同時(shí)測量直流電流是電荷泵的基本原理，這對于測量半導(dǎo)體和納米材料的固有電荷俘獲特性是很重要的。施加電流脈沖同時(shí)測量電壓使研究人員能夠?qū)ο乱淮骷M(jìn)行低電阻測量或者進(jìn)行I-V特征分析，同時(shí)保護(hù)這些寶貴的器件不受損壞。