納米測量的中心議題:

• 納米器件測量解決方案

納米測量的解決方案:

• 選擇合適的納米測量方案
• 選擇合適的納米測量工具

隨sui著zhe納na米mi技ji術shu日ri新xin月yue異yi的de發fa展zhan，研yan究jiu已yi深shen入ru到dao原yuan子zi挨ai原yuan子zi的de分fen子zi級ji，構gou造zao具ju有you全quan新xin特te性xing的de新xin結jie構gou。特te別bie地di，納na米mi電dian子zi領ling域yu的de發fa展zhan十shi分fen迅xun速su，其qi潛qian在zai影ying響xiang涉she及ji非fei常chang寬kuan的de行xing業ye領ling域yu。目mu前qian的de納na米mi電dian子zi研yan究jiu的de內nei容rong主zhu要yao是shi如ru何he開kai發fa利li用yong碳tan納na米mi管guan、半導體納米線、分子有機電子和單電子器件。

不過，由於多方麵的原因
，這些微小器件無法采用標準的測試技術進行測試。其中一個主要原因在於這類器件的物理尺寸。某些新型“超CMOS”器(qi)件(jian)的(de)納(na)米(mi)級(ji)尺(chi)寸(cun)很(hen)小(xiao)，很(hen)容(rong)易(yi)受(shou)到(dao)測(ce)量(liang)過(guo)程(cheng)使(shi)用(yong)的(de)甚(shen)至(zhi)很(hen)小(xiao)電(dian)流(liu)的(de)損(sun)壞(huai)。此(ci)外(wai)，傳(chuan)統(tong)直(zhi)流(liu)測(ce)試(shi)技(ji)術(shu)也(ye)不(bu)總(zong)是(shi)能(neng)夠(gou)揭(jie)示(shi)器(qi)件(jian)實(shi)際(ji)工(gong)作(zuo)的(de)情(qing)況(kuang)。

相關鏈接：
納米器件測量解決方案詳解（上）:脈衝測試原理和方法
http://wap.0-fzl.cn/art/artinfo/id/80010973
納米器件測量解決方案詳解（下）:選擇合適的納米測量方案和工具
http://wap.0-fzl.cn/art/artinfo/id/80010974

實現納米器件的微小I-V測量
在對納米器件進行電流-電壓（I-V）脈mai衝chong特te征zheng分fen析xi時shi通tong常chang需xu要yao測ce量liang非fei常chang小xiao的de電dian壓ya或huo電dian流liu，因yin為wei其qi中zhong需xu要yao分fen別bie加jia載zai很hen小xiao的de電dian流liu或huo電dian壓ya去qu控kong製zhi功gong耗hao或huo者zhe減jian少shao焦jiao耳er熱re效xiao應ying。這zhe裏li
，低di電dian平ping測ce量liang技ji術shu不bu僅jin對dui於yu器qi件jian的deI-V特(te)征(zheng)分(fen)析(xi)而(er)且(qie)對(dui)於(yu)高(gao)電(dian)導(dao)率(lv)材(cai)料(liao)的(de)電(dian)阻(zu)測(ce)量(liang)都(dou)非(fei)常(chang)重(zhong)要(yao)。利(li)於(yu)研(yan)究(jiu)人(ren)員(yuan)和(he)電(dian)子(zi)行(xing)業(ye)測(ce)試(shi)工(gong)程(cheng)師(shi)而(er)言(yan)，這(zhe)一(yi)功(gong)耗(hao)限(xian)製(zhi)對(dui)當(dang)前(qian)的(de)器(qi)件(jian)與(yu)材(cai)料(liao)以(yi)及(ji)今(jin)後(hou)器(qi)件(jian)的(de)特(te)征(zheng)分(fen)析(xi)提(ti)出(chu)了(le)巨(ju)大(da)的(de)挑(tiao)戰(zhan)。

與微米級元件與材料的I-V曲線生成不同的是，對納米材料與器件的測量需要特殊的方法和技巧。I-V直(zhi)流(liu)特(te)征(zheng)分(fen)析(xi)通(tong)常(chang)采(cai)用(yong)兩(liang)點(dian)式(shi)電(dian)氣(qi)測(ce)量(liang)技(ji)術(shu)來(lai)實(shi)現(xian)。這(zhe)種(zhong)方(fang)法(fa)的(de)問(wen)題(ti)是(shi)如(ru)果(guo)提(ti)供(gong)電(dian)流(liu)源(yuan)並(bing)測(ce)量(liang)電(dian)壓(ya)，那(na)麼(me)所(suo)測(ce)得(de)的(de)電(dian)壓(ya)不(bu)僅(jin)包(bao)括(kuo)器(qi)件(jian)上(shang)的(de)壓(ya)降(jiang)
，而(er)且(qie)包(bao)括(kuo)測(ce)試(shi)引(yin)線(xian)和(he)接(jie)觸(chu)點(dian)上(shang)的(de)壓(ya)降(jiang)。如(ru)果(guo)目(mu)標(biao)是(shi)測(ce)量(liang)某(mou)個(ge)器(qi)件(jian)的(de)電(dian)阻(zu)，采(cai)用(yong)普(pu)通(tong)歐(ou)姆(mu)表(biao)測(ce)量(liang)大(da)於(yu)幾(ji)個(ge)歐(ou)姆(mu)的(de)電(dian)阻(zu)，那(na)麼(me)這(zhe)種(zhong)測(ce)量(liang)方(fang)法(fa)增(zeng)加(jia)的(de)電(dian)阻(zu)通(tong)常(chang)不(bu)成(cheng)問(wen)題(ti)。但(dan)是(shi)
，當(dang)測(ce)量(liang)導(dao)電(dian)納(na)米(mi)材(cai)料(liao)或(huo)元(yuan)件(jian)的(de)低(di)電(dian)阻(zu)時(shi)
，如(ru)果(guo)采(cai)用(yong)兩(liang)點(dian)測(ce)量(liang)方(fang)法(fa)，即(ji)使(shi)使(shi)用(yong)脈(mai)衝(chong)測(ce)試(shi)
，也(ye)難(nan)以(yi)獲(huo)得(de)準(zhun)確(que)的(de)結(jie)果(guo)。

如果脈衝I-V特(te)征(zheng)分(fen)析(xi)或(huo)電(dian)阻(zu)測(ce)量(liang)涉(she)及(ji)低(di)電(dian)壓(ya)或(huo)低(di)電(dian)阻(zu)，例(li)如(ru)分(fen)子(zi)導(dao)線(xian)和(he)半(ban)導(dao)體(ti)納(na)米(mi)線(xian)
，那(na)麼(me)采(cai)用(yong)基(ji)於(yu)探(tan)針(zhen)台(tai)的(de)四(si)線(xian)開(kai)爾(er)文(wen)測(ce)量(liang)方(fang)法(fa)將(jiang)會(hui)得(de)到(dao)更(geng)準(zhun)確(que)的(de)結(jie)果(guo)。開(kai)爾(er)文(wen)測(ce)量(liang)法(fa)中(zhong)采(cai)用(yong)了(le)另(ling)外(wai)一(yi)套(tao)探(tan)針(zhen)進(jin)行(xing)探(tan)測(ce)。由(you)於(yu)探(tan)測(ce)輸(shu)入(ru)端(duan)上(shang)具(ju)有(you)很(hen)高(gao)的(de)阻(zu)抗(kang)，因(yin)此(ci)流(liu)過(guo)這(zhe)些(xie)探(tan)針(zhen)的(de)電(dian)流(liu)可(ke)以(yi)忽(hu)略(lve)不(bu)計(ji)，從(cong)而(er)測(ce)出(chu)的(de)隻(zhi)有(you)DUT兩端上的電壓降。這樣一來
，電阻測量結果和生成的I-V曲線就更加精確。實現這一測量方法所需的源和測量功能的通常稱為源-測量單元（SMU）
，它能夠提供電源並測量直流電壓和電流。

脈(mai)衝(chong)測(ce)試(shi)可(ke)以(yi)借(jie)助(zhu)直(zhi)流(liu)測(ce)量(liang)中(zhong)用(yong)到(dao)的(de)一(yi)些(xie)簡(jian)單(dan)低(di)電(dian)平(ping)測(ce)量(liang)技(ji)術(shu)。要(yao)想(xiang)在(zai)低(di)電(dian)平(ping)下(xia)實(shi)現(xian)更(geng)有(you)效(xiao)的(de)脈(mai)衝(chong)測(ce)量(liang)，脈(mai)衝(chong)測(ce)試(shi)技(ji)術(shu)應(ying)該(gai)與(yu)行(xing)頻(pin)同(tong)步(bu)技(ji)術(shu)結(jie)合(he)使(shi)用(yong)。通(tong)過(guo)同(tong)步(bu)脈(mai)衝(chong)測(ce)量(liang)與(yu)行(xing)頻(pin)，可(ke)以(yi)消(xiao)除(chu)所(suo)有(you)50/60Hz的行頻噪聲。

對於需要較高電壓靈敏度的應用
，即使是很小的誤差也不容忽視。避免這些誤差的一種常用方法是采用德爾塔方法。德爾塔是指“之前”和“當前”讀(du)數(shu)之(zhi)間(jian)的(de)差(cha)值(zhi)，可(ke)用(yong)於(yu)校(xiao)正(zheng)直(zhi)流(liu)偏(pian)移(yi)量(liang)。但(dan)是(shi)

，直(zhi)流(liu)偏(pian)移(yi)量(liang)常(chang)常(chang)會(hui)發(fa)生(sheng)漂(piao)移(yi)。我(wo)們(men)可(ke)以(yi)采(cai)用(yong)一(yi)種(zhong)類(lei)似(si)的(de)稱(cheng)為(wei)三(san)點(dian)德(de)爾(er)塔(ta)的(de)方(fang)法(fa)解(jie)決(jue)這(zhe)一(yi)問(wen)題(ti)。其(qi)中(zhong)，在(zai)脈(mai)衝(chong)之(zhi)後(hou)再(zai)進(jin)行(xing)第(di)三(san)次(ci)測(ce)量(liang)可(ke)以(yi)校(xiao)正(zheng)這(zhe)種(zhong)漂(piao)移(yi)。

選擇合適的納米測量工具
對(dui)於(yu)納(na)米(mi)電(dian)子(zi)和(he)半(ban)導(dao)體(ti)材(cai)料(liao)與(yu)薄(bo)膜(mo)，采(cai)用(yong)靈(ling)敏(min)的(de)電(dian)氣(qi)測(ce)量(liang)工(gong)具(ju)是(shi)十(shi)分(fen)必(bi)要(yao)的(de)。它(ta)們(men)提(ti)供(gong)的(de)數(shu)據(ju)能(neng)夠(gou)幫(bang)助(zhu)我(wo)們(men)完(wan)全(quan)掌(zhang)握(wo)新(xin)材(cai)料(liao)的(de)電(dian)氣(qi)特(te)性(xing)和(he)新(xin)器(qi)件(jian)與(yu)元(yuan)件(jian)的(de)電(dian)氣(qi)性(xing)能(neng)。納(na)米(mi)測(ce)量(liang)儀(yi)器(qi)的(de)靈(ling)敏(min)度(du)必(bi)須(xu)要(yao)高(gao)得(de)多(duo)，因(yin)為(wei)需(xu)要(yao)測(ce)量(liang)的(de)電(dian)流(liu)和(he)電(dian)壓(ya)更(geng)低(di)，而(er)且(qie)很(hen)多(duo)納(na)米(mi)材(cai)料(liao)還(hai)明(ming)顯(xian)表(biao)現(xian)出(chu)改(gai)善(shan)的(de)特(te)性(xing)，例(li)如(ru)超(chao)導(dao)性(xing)。待(dai)測(ce)電(dian)流(liu)的(de)幅(fu)值(zhi)可(ke)能(neng)處(chu)於(yu)飛(fei)安(an)量(liang)級(ji)，電(dian)壓(ya)處(chu)於(yu)納(na)伏(fu)量(liang)級(ji)，電(dian)阻(zu)低(di)至(zhi)微(wei)歐(ou)量(liang)級(ji)。因(yin)此(ci)，測(ce)量(liang)技(ji)術(shu)和(he)儀(yi)器(qi)必(bi)須(xu)盡(jin)可(ke)能(neng)地(di)減(jian)少(shao)噪(zao)聲(sheng)和(he)其(qi)他(ta)誤(wu)差(cha)源(yuan)，以(yi)免(mian)幹(gan)擾(rao)信(xin)號(hao)。

具有0.1fA（即100埃安）和1μV分辨率的吉時利4200-SCS半導體特征分析係統就是這樣一種解決方案。其專門提供的脈衝I-V工具套件為脈衝I-V測量提供了雙通道脈衝發生與測量功能。如果結合內部安裝的高速脈衝發生器和示波器
，4200及其PIV工具套件能夠同時實現直流和脈衝I-V測試。

信號反射常常會幹擾用戶定製的脈衝測試係統，為了盡可能減少由於阻抗匹配不好而造成的信號反射，吉時利的4200脈衝I-V測試解決方案提供了一種係統互連箱——RBT（Remote Bias-Tee）

，為連接脈衝發生器提供了AC/DC耦合，該直流測試儀器的原理結構如圖1所示。

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利用這種工具套件，研究人員可以同時進行直流和脈衝IV測試以掌握器件特性，例如如圖2所示的FET器件係列特征曲線。
 

對於具有較大電阻幅值變化的各種導電材料或器件，用戶利用吉時利的6221/2182A組合可以設置最佳的脈衝電流幅值
、脈衝間隔、脈衝寬度和其它一些脈衝參數

，從而最大限度降低了DUT上的功耗。6221能夠在全量程上產生具有微秒級上升時間的短脈衝（減少了熱功耗）。6221/2182A組合能夠實現脈衝和測量同步——可以在6221加載脈衝之後的16μs內開始測量。整個脈衝，包括一次完整的納伏測量一起，可以短達50μs。6221和2182A之間的行同步也消除了與電源線相關的噪聲。

最後，吉時利的3400係列脈衝/碼型發生器為廣大納米技術研究者提供了處理各種應用需求的靈活性。用戶可以設置脈衝參數，例如幅值、上升和下降時間、脈mai衝chong寬kuan度du和he占zhan空kong比bi，可ke以yi選xuan擇ze多duo種zhong操cao作zuo模mo式shi，包bao括kuo用yong於yu材cai料liao和he器qi件jian特te征zheng分fen析xi的de脈mai衝chong與yu猝cu發fa模mo式shi。其qi簡jian潔jie的de用yong戶hu界jie麵mian加jia快kuai了le學xue習xi曲qu線xian的de建jian立li過guo程cheng，相xiang比bi同tong類lei產chan品pin能neng夠gou使shi用yong戶hu更geng快kuai地di設she置zhi和he執zhi行xing測ce試shi操cao作zuo。

結束語
脈衝測試為人們和研究納米材料、納na米mi電dian子zi和he目mu前qian的de半ban導dao體ti器qi件jian提ti供gong了le一yi種zhong重zhong要yao手shou段duan。在zai加jia電dian壓ya脈mai衝chong的de同tong時shi測ce量liang直zhi流liu電dian流liu是shi電dian荷he泵beng的de基ji本ben原yuan理li，這zhe對dui於yu測ce量liang半ban導dao體ti和he納na米mi材cai料liao的de固gu有you電dian荷he俘fu獲huo特te性xing是shi很hen重zhong要yao的de。施shi加jia電dian流liu脈mai衝chong同tong時shi測ce量liang電dian壓ya使shi研yan究jiu人ren員yuan能neng夠gou對dui下xia一yi代dai器qi件jian進jin行xing低di電dian阻zu測ce量liang或huo者zhe進jin行xingI-V特征分析，同時保護這些寶貴的器件不受損壞。