如何利用数字源表进行纳米材料电特性表征

概述

纳米材料，定义为粒径在1-100纳米之间一类超细材料，具有表面效应、小尺寸效应、宏观量子隧道效应等一些特殊物理化学性能。由于结构有比表面积大，粒径小，表面原子比例高等特点，使得纳米材料在电学、热力学以及催化等多个方面有独特的性能，被称作21世纪最具发展前景的材料。

随着纳米材料在不同领域的广泛应用，新型纳米材料的研发具备了与往不同的特征，如纳米发电材料，纳米温差材料，纳米传感器等。由于纳米材料的种类，以及功能众多，因此，纳米材料的测试面临如下测试挑战：

测试信号微弱，纳米材料测试多为样品研发试验阶段，需要测试样品在单位面积产生的电压或电流微弱信号。尤其是电流信号，可低至nA，甚至pA级。因此，这就要求测试仪表，具有准确的微弱信号检测能力。

外部噪声干扰，由于纳米材料测试信号弱，且部分材料特性易受外部环境变化干扰，这就需要在测试中对与测试无关的外部环境噪声，进行有效屏蔽。比如采用四线制测试，降低线损压降；采用三同轴Guard方式降低线缆漏电流等等方式。

测试方式多样，多数纳米材料在光，热，湿度等外部环境的激励下，具有一定的响应特征。因此，在对纳米材料的研发中，常需要测试样品在不同外界激励源的响应输出能力。多样化的测试，使得测试仪表具备多种测试功能，如进行恒压测试，I-V扫描测试，V-t测试，脉冲测试，多通道测试等。

利用数字源表进行纳米材料电特性表征

实施电性能参数表征分析的最佳工具之一是数字源表（SMU）。数字源表作为独立的电压源或电流源，可输出恒压、恒流、或者脉冲信号，还可以当作表，进行电压或者电流测量；支持Trig触发，可实现多台仪表联动工作；针对有机OFET类型的三端类型纳米器件以及多样品验证测试，可直接通过2台数字源表或者插卡式源表搭建完整的多通道IV测试系统。

S系列源表打造纳米材料温差器件测试方案

该方案主要针对纳米材料温差器件，在不同温度激励下，测试其输出电压以及输出电流数据。如下图所示，整套测试系统构成包括，1台S系列源表、温度控制器，待测器件、测试连接线以及上位机软件组成测试电路。采用两电极测试方法对器件的输出电压进行测试，将源表的高低电势夹头连接于器件输出端，随着温度的变化，在数字源表中获得开路电压或者输出电流数据。

输出电压测试连接示意图

输出电流与输出电压测试曲线

S系列/CS系列源表打造纳米水伏发电材料测试方案

该方案主要用于，测试纳米水伏发电材料其输出电压以及输出电流随时间变化的曲线，以验证不同结构材料的发电性能。如下图所示，整套测试系统构成包括，1台S系列源表或者CS插卡式多通道源表，待测器件、测试连接线以及上位机软件组成测试电路。采用二线制的测试方法，对样品期间两端的输出电压或者电流进行持续采集，在数字源表中获得I-t或者V-t数据。

纳米水伏发电材料测试连接图

V-T曲线和I-T曲线

S系列/CS系列源表打造纳米有机晶体管器件测试方案

输出特性曲线测试

在施加不同的栅压（VGS）时，源漏电流 ISD随着源漏电压 VDS变化而变化得出的曲线,称之为输出特性曲线。

输出特性测试曲线

转移特性曲线测试

在施加不同的源漏电压VDS下，源漏电流 IDS随着栅压VGS的变化而变化得出的曲线，称之为转移特性曲线

转移特性测试曲线

审核编辑黄宇