纳米器件电流-电压(I-V)特性测试

 

　　对于纳米电子和半导体材料与薄膜，采用灵敏的电气测量工具是十分必要的。它们提供的数据能够帮助我们完全掌握新材料的电气特性和新器件与元件的电气性能。纳米测量仪器的灵敏度必须要高得多，因为需要测量的电流和电压更低，而且很多纳米材料还明显表现出改善的特性，例如超导性。待测电流的幅值可能处于飞安量级，电压处于纳伏量级，电阻低至微欧量级。因此，测量技术和仪器必须尽可能地减少噪声和其他误差源，以免干扰信号。

　　具有0.1fA(即100埃安)和1μV分辨率的吉时利4200-SCS半导体特征分析系统就是这样一种解决方案。其专门提供的脉冲I-V工具套件为脉冲I-V测量提供了双通道脉冲发生与测量功能。如果结合内部安装的高速脉冲发生器和示波器，4200及其PIV工具套件能够同时实现直流和脉冲I-V测试。

　　信号反射常常会干扰用户定制的脉冲测试系统，为了尽可能减少由于阻抗匹配不好而造成的信号反射，吉时利的4200脉冲I-V测试解决方案提供了一种系统互连箱——RBT(Remote Bias-Tee)，为连接脉冲发生器提供了AC/DC耦合，该直流测试仪器的原理结构如图1所示。

　　

 

　　图1. 吉时利4200-PIV测试系统的原理图

　　利用这种工具套件，研究人员可以同时进行直流和脉冲IV测试以掌握器件特性，例如如图2所示的FET器件系列特征曲线。

　　

 

　　图2. 一系列FET曲线的脉冲I-V与直流I-V特征分析

　　对于具有较大电阻幅值变化的各种导电材料或器件，用户利用吉时利的6221/2182A组合可以设置最佳的脉冲电流幅值、脉冲间隔、脉冲宽度和其它一些脉冲参数，从而最大限度降低了DUT上的功耗。6221能够在全量程上产生具有微秒级上升时间的短脉冲(减少了热功耗)。6221/2182A组合能够实现脉冲和测量同步——可以在6221加载脉冲之后的16μs内开始测量。整个脉冲，包括一次完整的纳伏测量一起，可以短达50μs。6221和2182A之间的行同步也消除了与电源线相关的噪声。

　　最后，吉时利的3400系列脉冲/码型发生器为广大纳米技术研究者提供了处理各种应用需求的灵活性。用户可以设置脉冲参数，例如幅值、上升和下降时间、脉冲宽度和占空比，可以选择多种操作模式，包括用于材料和器件特征分析的脉冲与猝发模式。其简洁的用户界面加快了学习曲线的建立过程，相比同类产品能够使用户更快地设置和执行测试操作。

　　结束语：

　　脉冲测试为人们和研究纳米材料、纳米电子和目前的半导体器件提供了一种重要手段。在加电压脉冲的同时测量直流电流是电荷泵的基本原理，这对于测量半导体和纳米材料的固有电荷俘获特性是很重要的。施加电流脉冲同时测量电压使研究人员能够对下一代器件进行低电阻测量或者进行I-V特征分析，同时保护这些宝贵的器件不受损坏。