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内容
【当代材料电学测试】系列之一: 纳米测试(下)
2021-03-05 10:04:07
来源:
泰克科技
前言:材料性质的研究是当代材料科学的重要一环,所谓材料的性质是指对材料功能特性和效用的定量度量和描述,即材料对电、磁、光、热、机械载荷的反应。源表SMU 在当代材料科学研究中,起到举足轻重的作用,选择适合某类材料电性能
测试
的SMU,如何降低
测试
误差,
测试
中应当注意什么,这些问题都需要重点关注。泰克吉时利的品牌在全球许多学科工程师和科学家中享有盛誉,其高精度源表(SMU)、万用表、精密
电源
、微小信号
测试
以及数据采集产品,同泰克公司原有的产品线一同为当代材料科学研究提供多种
测试
方案。
【当代材料电学
测试
课堂】系列涉及当代材料科学尖端的电运输及量子材料/超导材料
测试
、一维/碳纳米管材料
测试
、二维材料及石墨烯
测试
及纳米材料的应用
测试
。今天跟您分享第一篇,【当代材料电学
测试
课堂】系列之一: 纳米
测试
(下)。
_____
纳米材料电学
测试
方案将在本文中阐述,包括《纳米线/碳纳米管
测试
方案》、《二维/石墨烯材料
测试
方案》。纳米材料电学
测试
SMU 应用场景、
测试
特点及选型原则的示意图,结合被测纳米材料或纳米电子器件的类型及
测试
要点,选择最适合的SMU。4200 – SCS 几乎适用于全部种类的纳米材料的
测试
,当然,某些特殊的源表更适合一些特殊的应用
纳米线/碳纳米管及电子器件
测试
纳米线(Nano Wire)为一种横向上被限制在100纳米以下(纵向没有限制)的一维材料。根据组成材料的不同,纳米线可分金属纳米线,
半导体
纳米线和
绝缘体
纳米线。作为纳米材料的一种,纳米线具备上文概述的纳米材料全部特性,在电子,光电子和纳电子机械器械中,纳米线起到很重要的作用。它同时还可以作为合成物中的添加物、量子器械中的连线、场发射器和生物分子纳米感应器等。
I-V
测试
是纳米线/碳纳米管最基本的电性能
测试
,SMU 是基本
测试
仪器,不同种类的碳纳米管需不同的 SMU 进行
测试
,SMU选择依据为:
被测样品所需 SMU 通道数
被测样品是否有脉冲
测试
需求
被测样品是否有电容
测试
需求
被测样品电阻范围,施加或
测试
的电流范围以及施加或
测试
的电压范围
纳米线/碳纳米管及其电子器件综合
测试
方案
4200A-SCS 主机
4200 SMU 模块,模块数量由通道数决定
4200 PA,选件,依据最小
测试
电流定,数量与SMU模块匹配
4225 PMU,选件,依据脉冲需求定,模块数由通道数定,是否加放大器由最小
测试
电流定
4210 CVU,选件,有电容特性
测试
需求时配置
纳米探针台(第三方)
软件:Clarius
方案优势:
测试
范围宽,满足全部种类纳米线/碳纳米管及其电子器件
测试
需求
多种配置满足不同的应用需求
内置多种纳米线/碳纳米管器件库,调用后自动生成相应器件的
测试
流程
二维/石墨烯材料及电子器件
测试
所谓二维材料 (Two dimensional material ),指的是电子仅可在两个维度的非纳米尺度(1-100nm)上自由运动(平面运动)的材料,属于纳米材料的范畴,包含具有超导、金属性、半金属、拓扑绝缘体、
半导体
、绝缘体的材料。二维材料最为典型的代表是石墨烯,石墨烯是由碳原子组成的二维结构,由于在电学/热学/光学等方面的优良特性,被广泛研究并使用在这个领域。在
半导体
特性上,石墨烯具有优良的导电特性及易掺杂改性的特性,因此被用来制作为各种
半导体
器件,如零带隙、顶栅石墨烯场效应管,双层石墨烯晶体管,双极超导石墨烯晶体管,石墨烯纳米带场效应管等。在应用上可作为穿戴设备,传感器,充电设备等。
对二维/石墨烯材料,通常使用四探针法或范德堡法
测试
电阻率,用霍尔效应测
测试
载流子迁移率及载流子浓度。
二维/石墨烯材料及电子器件电性能
测试
挑战
二维/石墨烯材料属于纳米材料范畴,上文中讨论的
测试
挑战对二维/石墨烯材料都适用。
电阻率及霍尔效应
测试
均是加流测压的过程,需要设备能输出电流并且
测试
电压,这意味着同时需要电流源和电压表,并且电流源和电压表精度要高,保证
测试
的准确性。
电阻率及电子迁移率通常范围较大,需要电流电压范围都很大的设备。
需与探针台配合,
测试
设备需方便连接,需易用的软件
霍尔效应
测试
时,通常要准备霍尔条(Hall Bar)
高性价比
测试
方案1:
6221高精度脉冲电流源
2182 纳伏表
7168 开关卡
探针台(第三方)
软件:自行开发
方案优势
性价比高
具有脉冲电流
Delta 模式
被测样品电阻适用范围广(uΩ ~ TΩ)
纳伏开关卡不影响
测试
精度
高性能
测试
方案2:
4200A-SCS + 4200 SMU X 3 或 4
4200 PA X 3 或 4
测试
台 (第三方)
软件:Clarius
方案优势:
SMU模块集电压源/电压表/电流源/电流表于一体,集成度高,方便使用
SMU均配有开尔文接口,在
测试
小电阻时可有效消除线缆电阻的影响
电流输出精度40fA;电流
测试
精度10fA;电压
测试
精度80µV;
带有pulse工作模式,使用pulse
测试
可以消除自加热效应 (需增加 4225 PMU 硬件)
Clarius 软件可调用内置Project,不仅适用于针对二维/石墨烯材料的四探针,范德堡,霍尔效应
测试
,也适用于二维/石墨烯电子器件 I-V C-V 特性
测试
(C-V 特性
测试
时需添加 4210 CVU 硬件)
开放设备底层指令,附带编译软件,支持自编程
纳米发电
测试
方案
纳米发电机是基于规则的氧化锌纳米线,在纳米范围内将机械能转化成电能,是世界上最小的发电机。目前纳米发电机可以分为三类:压电纳米发电机、摩擦纳米发电机、热释电纳米发电机。
纳米发电面临的
测试
挑战
发电机产生的电流小
发电机的内阻大,开路电压测不准
信号变化快,很难采集电压或者电流峰值
泰克纳米发电
测试
方案
采用高内阻的静电计6517+数据采集仪DMM6500+纳米发电采集软件来进行微小纳米发电电流数据采集。由于现在纳米发电机中有一部分已经转向实际应用研究,其中之一就有压力传感方向,而矩阵式压力传感器的
测试
是很多老师和同学比较头疼的一个问题,为了解决这类问题,根据要求搭建了一个
测试
方案如下:
3706A-S
1
3721
1
3721-ST
1
6517B
1
三同轴转鳄鱼夹
1
6500(如需要做高速采集,则配置)
1
方案优势:
纳米发电研究领域推荐
测试
方案
优异的小心
测试
能力
定制化软件,更快,更简单,更专业
可升级,满足研究将来的
测试
需求
了解当代材料电学
测试
更多详细内容,
https://www.tek.com.cn/application/material-science
。
关键词:
纳米测试
泰克科技
测试测量
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