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（平麵運動）的材料
，屬於納米材料的範疇，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，由於在電學/熱學/光(guang)學(xue)等(deng)方(fang)麵(mian)的(de)優(you)良(liang)特(te)性(xing)，被(bei)廣(guang)泛(fan)研(yan)究(jiu)並(bing)使(shi)用(yong)在(zai)這(zhe)個(ge)領(ling)域(yu)。在(zai)半(ban)導(dao)體(ti)特(te)性(xing)上(shang)
，石(shi)墨(mo)烯(xi)具(ju)有(you)優(you)良(liang)的(de)導(dao)電(dian)特(te)性(xing)及(ji)易(yi)摻(chan)雜(za)改(gai)性(xing)的(de)特(te)性(xing)，因(yin)此(ci)被(bei)用(yong)來(lai)製(zhi)作(zuo)為(wei)各(ge)種(zhong)半(ban)導(dao)體(ti)器(qi)件(jian)，如(ru)零(ling)帶(dai)隙(xi)

、頂ding柵zha石shi墨mo烯xi場chang效xiao應ying管guan，雙shuang層ceng石shi墨mo烯xi晶jing體ti管guan，雙shuang極ji超chao導dao石shi墨mo烯xi晶jing體ti管guan，石shi墨mo烯xi納na米mi帶dai場chang效xiao應ying管guan等deng。在zai應ying用yong上shang可ke作zuo為wei穿chuan戴dai設she備bei
，傳chuan感gan器qi，充chong電dian設she備bei等deng。

 

對二維/石墨烯材料
，通常使用四探針法或範德堡法測試電阻率
，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/石墨烯材料屬於納米材料範疇，上文中討論的測試挑戰對二維/石墨烯材料都適用。

• 電(dian)阻(zu)率(lv)及(ji)霍(huo)爾(er)效(xiao)應(ying)測(ce)試(shi)均(jun)是(shi)加(jia)流(liu)測(ce)壓(ya)的(de)過(guo)程(cheng)


，需(xu)要(yao)設(she)備(bei)能(neng)輸(shu)出(chu)電(dian)流(liu)並(bing)且(qie)測(ce)試(shi)電(dian)壓(ya)
，這(zhe)意(yi)味(wei)著(zhe)同(tong)時(shi)需(xu)要(yao)電(dian)流(liu)源(yuan)和(he)電(dian)壓(ya)表(biao)，並(bing)且(qie)電(dian)流(liu)源(yuan)和(he)電(dian)壓(ya)表(biao)精(jing)度(du)要(yao)高(gao)，保(bao)證(zheng)測(ce)試(shi)的(de)準(zhun)確(que)性(xing)。

• 電阻率及電子遷移率通常範圍較大，需要電流電壓範圍都很大的設備。

• 需與探針台配合，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高精度脈衝電流源

·  2182納伏表

·  7168開關卡

·  探針台（第三方）

·  軟件：自行開發

 

方案優勢

 

·  性價比高

·  具有脈衝電流

·  Delta 模式

·  被測樣品電阻適用範圍廣（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

·  測試台 (第三方)

·  軟件：Clarius

 

方案優勢：

 

·  SMU模塊集電壓源/電壓表/電流源/電流表於一體，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
，不僅適用於針對二維/石墨烯材料的四探針，範德堡
，霍爾效應測試

，也適用於二維/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

 

納米發電機是基於規則的氧化鋅納米線
，在納米範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。

 

納米發電麵臨的測試挑戰

 

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(na)米(mi)發(fa)電(dian)采(cai)集(ji)軟(ruan)件(jian)來(lai)進(jin)行(xing)微(wei)小(xiao)納(na)米(mi)發(fa)電(dian)電(dian)流(liu)數(shu)據(ju)采(cai)集(ji)。由(you)於(yu)現(xian)在(zai)納(na)米(mi)發(fa)電(dian)機(ji)中(zhong)有(you)一(yi)部(bu)分(fen)已(yi)經(jing)轉(zhuan)向(xiang)實(shi)際(ji)應(ying)用(yong)研(yan)究(jiu)，其(qi)中(zhong)之(zhi)一(yi)就(jiu)有(you)壓(ya)力(li)傳(chuan)感(gan)方(fang)向(xiang)，而(er)矩(ju)陣(zhen)式(shi)壓(ya)力(li)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)測(ce)試(shi)是(shi)很(hen)多(duo)老(lao)師(shi)和(he)同(tong)學(xue)比(bi)較(jiao)頭(tou)疼(teng)的(de)一(yi)個(ge)問(wen)題(ti)
，為(wei)了(le)解(jie)決(jue)這(zhe)類(lei)問(wen)題(ti)，根(gen)據(ju)要(yao)求(qiu)搭(da)建(jian)了(le)一(yi)個(ge)測(ce)試(shi)方(fang)案(an)如(ru)下(xia)：

 

 

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

·  定製化軟件，更快，更簡單
，更專業

·  可升級，滿足研究將來的測試需求