二维/石墨烯材料及电子器件测试

 

所谓二维材料 （Two dimensional material ），指的是电子仅可在两个维度的非纳米尺度（1-100nm）上自由运动（平面运动）的材料，属于纳米材料的范畴，包含具有超导、金属性、半金属、拓扑绝缘体、半导体、绝缘体的材料。二维材料最为典型的代表是石墨烯，石墨烯是由碳原子组成的二维结构，由于在电学/热学/光学等方面的优良特性，被广泛研究并使用在这个领域。在半导体特性上，石墨烯具有优良的导电特性及易掺杂改性的特性，因此被用来制作为各种半导体器件，如零带隙、顶栅石墨烯场效应管，双层石墨烯晶体管，双极超导石墨烯晶体管，石墨烯纳米带场效应管等。在应用上可作为穿戴设备，传感器，充电设备等。

 

对二维/石墨烯材料，通常使用四探针法或范德堡法测试电阻率，用霍尔效应测测试载流子迁移率及载流子浓度。

 

二维/石墨烯材料及电子器件电性能测试挑战

 

• 二维/石墨烯材料属于纳米材料范畴，上文中讨论的测试挑战对二维/石墨烯材料都适用。

• 电阻率及霍尔效应测试均是加流测压的过程，需要设备能输出电流并且测试电压，这意味着同时需要电流源和电压表，并且电流源和电压表精度要高，保证测试的准确性。

• 电阻率及电子迁移率通常范围较大，需要电流电压范围都很大的设备。

• 需与探针台配合，测试设备需方便连接，需易用的软件

• 霍尔效应测试时，通常要准备霍尔条（Hall Bar）

 

 

高性价比测试方案1：

 

·  6221高精度脉冲电流源

·  2182纳伏表

·  7168开关卡

·  探针台（第三方）

·  软件：自行开发

 

方案优势

 

·  性价比高

·  具有脉冲电流

·  Delta 模式

·  被测样品电阻适用范围广（uΩ ~ TΩ）

·  纳伏开关卡不影响测试精度

 

 

高性能测试方案2：

 

·   4200A-SCS +4200 SMU X 3 或 4

·   4200 PA X 3 或 4

·  测试台 (第三方)

·  软件：Clarius

 

方案优势：

 

·  SMU模块集电压源/电压表/电流源/电流表于一体，集成度高，方便使用

 

·  SMU均配有开尔文接口，在测试小电阻时可有效消除线缆电阻的影响

 

·  电流输出精度40fA；电流测试精度10fA；电压测试精度80µV；

 

·  带有pulse工作模式，使用pulse测试可以消除自加热效应 （需增加 4225 PMU 硬件）

 

·  Clarius软件可调用内置Project，不仅适用于针对二维/石墨烯材料的四探针，范德堡，霍尔效应测试，也适用于二维/石墨烯电子器件 I-V C-V 特性测试（C-V 特性测试时需添加 4210 CVU 硬件）

 

·  开放设备底层指令，附带编译软件，支持自编程

 

纳米发电测试方案

 

纳米发电机是基于规则的氧化锌纳米线，在纳米范围内将机械能转化成电能，是世界上最小的发电机。目前纳米发电机可以分为三类：压电纳米发电机、摩擦纳米发电机、热释电纳米发电机。

 

纳米发电面临的测试挑战

 

1.     发电机产生的电流小  

2.    发电机的内阻大，开路电压测不准

3.    信号变化快，很难采集电压或者电流峰值

 

泰克纳米发电测试方案

 

采用高内阻的静电计6517+数据采集仪DMM6500+纳米发电采集软件来进行微小纳米发电电流数据采集。由于现在纳米发电机中有一部分已经转向实际应用研究，其中之一就有压力传感方向，而矩阵式压力传感器的测试是很多老师和同学比较头疼的一个问题，为了解决这类问题，根据要求搭建了一个测试方案如下：

 

 

方案优势:

 

·  纳米发电研究领域推荐测试方案

·  优异的小心测试能力

·  定制化软件，更快，更简单，更专业

·  可升级，满足研究将来的测试需求