二維/石墨烯材料及電子器件測試

 

所謂二維材料 （Two dimensional material ），指的是電子僅可在兩個維度的非納米尺度（1-100nm）上自由運動（平面運動）的材料，屬于納米材料的范疇，包含具有超導、金屬性、半金屬、拓撲絕緣體、半導體、絕緣體的材料。二維材料最為典型的代表是石墨烯，石墨烯是由碳原子組成的二維結構，由于在電學/熱學/光學等方面的優良特性，被廣泛研究并使用在這個領域。在半導體特性上，石墨烯具有優良的導電特性及易摻雜改性的特性，因此被用來制作為各種半導體器件，如零帶隙、頂柵石墨烯場效應管，雙層石墨烯晶體管，雙極超導石墨烯晶體管，石墨烯納米帶場效應管等。在應用上可作為穿戴設備，傳感器，充電設備等。

 

對二維/石墨烯材料，通常使用四探針法或范德堡法測試電阻率，用霍爾效應測測試載流子遷移率及載流子濃度。

 

二維/石墨烯材料及電子器件電性能測試挑戰

 

• 二維/石墨烯材料屬于納米材料范疇，上文中討論的測試挑戰對二維/石墨烯材料都適用。

• 電阻率及霍爾效應測試均是加流測壓的過程，需要設備能輸出電流并且測試電壓，這意味著同時需要電流源和電壓表，并且電流源和電壓表精度要高，保證測試的準確性。

• 電阻率及電子遷移率通常范圍較大，需要電流電壓范圍都很大的設備。

• 需與探針臺配合，測試設備需方便連接，需易用的軟件

• 霍爾效應測試時，通常要準備霍爾條（Hall Bar）

 

 

高性價比測試方案1：

 

·  6221高精度脈沖電流源

·  2182納伏表

·  7168開關卡

·  探針臺（第三方）

·  軟件：自行開發

 

方案優勢

 

·  性價比高

·  具有脈沖電流

·  Delta 模式

·  被測樣品電阻適用范圍廣（uΩ ~ TΩ）

·  納伏開關卡不影響測試精度

 

 

高性能測試方案2：

 

·   4200A-SCS +4200 SMU X 3 或 4

·   4200 PA X 3 或 4

·  測試臺 (第三方)

·  軟件：Clarius

 

方案優勢：

 

·  SMU模塊集電壓源/電壓表/電流源/電流表于一體，集成度高，方便使用

 

·  SMU均配有開爾文接口，在測試小電阻時可有效消除線纜電阻的影響

 

·  電流輸出精度40fA；電流測試精度10fA；電壓測試精度80µV；

 

·  帶有pulse工作模式，使用pulse測試可以消除自加熱效應 （需增加 4225 PMU 硬件）

 

·  Clarius軟件可調用內置Project，不僅適用于針對二維/石墨烯材料的四探針，范德堡，霍爾效應測試，也適用于二維/石墨烯電子器件 I-V C-V 特性測試（C-V 特性測試時需添加 4210 CVU 硬件）

 

·  開放設備底層指令，附帶編譯軟件，支持自編程

 

納米發電測試方案

 

納米發電機是基于規則的氧化鋅納米線，在納米范圍內將機械能轉化成電能，是世界上最小的發電機。目前納米發電機可以分為三類：壓電納米發電機、摩擦納米發電機、熱釋電納米發電機。

 

納米發電面臨的測試挑戰

 

1.     發電機產生的電流小  

2.    發電機的內阻大，開路電壓測不準

3.    信號變化快，很難采集電壓或者電流峰值

 

泰克納米發電測試方案

 

采用高內阻的靜電計6517+數據采集儀DMM6500+納米發電采集軟件來進行微小納米發電電流數據采集。由于現在納米發電機中有一部分已經轉向實際應用研究，其中之一就有壓力傳感方向，而矩陣式壓力傳感器的測試是很多老師和同學比較頭疼的一個問題，為了解決這類問題，根據要求搭建了一個測試方案如下：

 

 

方案優勢:

 

·  納米發電研究領域推薦測試方案

·  優異的小心測試能力

·  定制化軟件，更快，更簡單，更專業

·  可升級，滿足研究將來的測試需求