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关于二维/石墨烯材料及电子器件测试介绍

工程师
2021-04-18 12:32:24     打赏

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(NanoWire)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****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

4200SMU模块,模块数量由通道数决定

4200PA,选件,依据最小测试电流定,数量与SMU模块匹配

4225PMU,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

4210CVU,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

关于二维/石墨烯材料及电子器件测试介绍

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关于二维/石墨烯材料及电子器件测试介绍

关于二维/石墨烯材料及电子器件测试介绍

二维/石墨烯材料及电子器件测试

所谓二维材料(Twodimensionalmaterial),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(HallBar)

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+4200SMUX3或4

4200PAX3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4225PMU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-VC-V特性测试(C-V特性测试时需添加4210CVU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:

关于二维/石墨烯材料及电子器件测试介绍

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




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