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(dǎo)、金屬性、半金屬、拓撲絕緣體、半導(dǎo)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(jié)構(gòu)，由于在電學(xué)/熱學(xué)/光學(xué)等方面的優(yōu)良特性，被廣泛研究并使用在這個領(lǐng)域。在半導(dǎo)體特性上，石墨烯具有優(yōu)良的導(dǎo)電特性及易摻雜改性的特性，因此被用來制作為各種半導(dǎo)體器件，如零帶隙、頂柵石墨烯場效應(yīng)管，雙層石墨烯晶體管，雙極超導(dǎo)石墨烯晶體管，石墨烯納米帶場效應(yīng)管等。在應(yīng)用上可作為穿戴設(shè)備，傳感器，充電設(shè)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(yīng)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(zhàn)

 

• 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(zhàn)對二維/石墨烯材料都適用。

• 電阻率及霍爾效應(yīng)測試均是加流測壓的過程，需要設(shè)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(shè)備。

• 需與探針臺配合，測試設(shè)備需方便連接，需易用的軟件

• 霍爾效應(yīng)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(guān)卡

·  探針臺（第三方）

·  軟件：自行開發(fā)

 

方案優(yōu)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(guān)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(yōu)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(yīng) （需增加 4225 PMU 硬件）

 

·  Clarius軟件可調(diào)用內(nèi)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(yīng)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(shè)備底層指令，附帶編譯軟件，支持自編程

 

納米發(fā)電測試方案

 

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

 

納米發(fā)電面臨的測試挑戰(zhàn)

 

1.     發(fā)電機產(chǎn)生的電流小  

2.    發(fā)電機的內(nèi)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(fā)電測試方案

 

采用高內(nèi)阻的靜電計6517+數(shù)據(jù)采集儀DMM6500+納米發(fā)電采集軟件來進行微小納米發(fā)電電流數(shù)據(jù)采集。由于現(xiàn)在納米發(fā)電機中有一部分已經(jīng)轉(zhuǎn)向?qū)嶋H應(yīng)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(xué)比較頭疼的一個問題，為了解決這類問題，根據(jù)要求搭建了一個測試方案如下：

 

 

方案優(yōu)勢:

 

·  納米發(fā)電研究領(lǐng)域推薦測試方案

·  優(yōu)異的小心測試能力

·  定制化軟件，更快，更簡單，更專業(yè)

·  可升級，滿足研究將來的測試需求