材料研究

概述

        納米材料,定義為粒徑在1-100納米之間的一類超細材料,具有表面效應、小尺寸效應、宏觀量子隧道效應等一些特殊物理化學性能。由于結構比表面積大，粒徑小,表面原子比例高等特點,使得納米材料在電學、熱力學以及催化等多個方面具有獨特的性能。按納米的尺度在空間的表達特征,可分為零維納米材料即納米顆粒材料、一維納米材料(如納米線、棒、絲、管和纖維等)、二維納米材料(如納米膜、納米盤、超晶格等)、納米結構材料即納米空間材料(如介孔材料等)。按納米材料的不同功能以及應用,可分為納米發電材料、納米磁性材料、納米催化材料、納米智能材料、納米吸波材料、納米熱敏材料等。

圖1:納米材料結構示意圖

圖2:納米材料分類

        在納米材料的研發中,對材料從不同維度進行表征尤為重要,是評估材料性能、研發工藝等的關鍵環節。常見的納米材料表征包括結構表征、成分分析、形貌表征、以及性能表征-光、電、磁、熱、力等。納米材料的電特性表征,即對制成的納米材料或者器件,施加壓力、溫度、電壓或者電流等激勵源,測試樣品在不同種類以及不同強度的激勵下,其相關電性能參數,如電流(I)、電壓(V)或者電阻(Ω)的變化情況,從而用于進一步分析納米材料。

納米材料/納米電子器件電學測試面臨的挑戰

        隨著納米材料在不同領域的廣泛應用,新型納米材料的研發具備了與以往不同的特1, 如的術料L飛種料、納米溫差材料、納米傳感器等。由于納米材料的種類以及功能眾多,因此,納米材料的測試面臨如下測試挑戰:

        測試信號微弱。納米材料測試多為樣品研發試驗階段,需要測試樣品在單位面積產生的電壓曳電流似弱信號。尤其是電流信號,可低至nA,甚至pA級。因此,這就要求測試儀表,具有準確的微弱信號檢測能力。

        外部噪聲干擾。由于納米材料測試信號弱,且部分材料特性易受外部環境變化干擾,這就需要在測試中對與測試無關的外部環境噪聲,進行有效屏蔽。比如采用四線制測試,降低線損壓降;采用三同軸Guard方式降低線纜漏電流等方式。

        測試方式多樣。多數納米材料在光、熱、濕度等外部環境的激勵下,具有一定的響應特征。因此,在對納米材料的研發中,常需要測試樣品在不同外界激勵源的響應輸出能力。多樣化的測試,使得測試儀表具備多種測試功能,如進行恒壓測試、l-V掃描測試、V-t測試、脈沖測試、多通道測試等。

利用數字源表進行納米材料電特性表征

        實施電性能參數表征分析的最佳工具之一是數字源表(SMU)。數字源表作為獨立的電壓源或電流源,可輸出恒壓、恒流、或者脈沖信號,還可以當作表,進行電壓或者電流測量;支持Trig觸發,可實現多臺儀表聯動工作;針對有機OFET類型的三端類型納米器件以及多樣品驗證測試,可直接通過2臺數字源表或者插卡式源表搭建完整的多通道I-V測試系統。

普賽斯數字源表(SMU)解決方案

        S系列源表是普賽斯歷時多年打造的高精度、大動態范圍、率先國產化的源表,集電壓、電流的輸入輸出及測量等功能于一體。電壓范圍從300μV~300V,電流從100pA~1A,輸出精度達到0.1%,最大功率為30W,同時支持Trig觸發接口,可實現多臺儀表同步觸發測試。

圖3∶S系列源表

        P系列臺式脈沖源表,是武漢普賽斯儀表有限公司推出的高精度、寬測量范圍、強輸出能力源表。產品支持直流、脈沖兩種工作模式,支持四象限工作,具有電壓、電流輸入輸出及測量,負載測試等多種功能。最大輸出電壓達300V,最大脈沖測試電流達10A,最小電流分辨率為1pA,輸出精度達到0.1%。

圖4∶Р系列臺式脈沖源表

        CS系列插卡式源表,是普賽斯歷時多年打造的高精度、大動態、插卡式源表,匯集電壓、電流輸入輸出及測量等多種功能,最大輸出電壓達300v,最大輸出電流達1A,支持四象限工作。具有通道密度高、同步觸發功能強、多設備組合效率高等特點。普賽斯研發了豐富的可供用戶選配的子卡,方便用戶根據功能性能需求靈活配置不同的子卡。因此,CS插卡式源表,能廣泛的應用于納米器件和材料電特性分析。

        目前已開發,CS100、CS200、CS300及CS400子卡,其中CS100、CS200、CS300為單卡單通道,CS400為單卡四通道,卡內4通道共地。使用10插卡主機時，用戶可實現高達40通道的配置,用戶針對實際情況可以選擇不同的子卡實現最優性價比搭配。

S系列源表打造納米材料溫差器件測試方案

        該方案主要針對納米材料溫差器件,在不同溫度激勵下,測試其輸出電壓以及輸出電流數據,在數字源表中獲得開路電壓或者輸出電流數據。

圖7:輸出電流與輸出電壓測試曲線

S/CS系列源表打造納米水伏發電材料測試方案

        該方案主要用于測試納米水伏發電材料其輸出電壓以及輸出電流隨時間變化的曲線,以驗證不同結構材料的發電性能,在數字源表中獲得l-t或者V-t數據。

圖8: V-t曲線與l-t曲線

S/CS系列源表打造納米有機晶體管器件測試方案

        輸出特性曲線測試

在施加不同的柵壓(VGs)時,源漏電流lsb隨著源漏電壓Vos變化而變化得出的曲線,稱之為輸出特性曲線。

        轉移特性曲線測試

在施加不同的源漏電壓VDs下,源漏電流IDs隨著柵壓VGs的變化而變化得出的曲線,稱之為轉移特性曲線。

總結

        武漢普賽斯一直專注于納米材料、傳感器、半導體器件等電性能測試儀表開發,基于核心算法和系統集成等技術平臺優勢,率先自主研發了高精度數字源表、脈沖式源表、窄脈沖源表、集成插卡式源表等產品。產品具有測試精度高,微弱信號檢測能力強的特點,可根據用戶測試需求配置高效、高性價比的納米材料測試方案,可廣泛應用在納米材料、傳感器、半導體器件等產品的研發生產領域。

如需獲取詳細系統搭建方案及測試線路連接指南，歡迎來電咨詢18140663476！