專(zhuān)注于半導(dǎo)體電性能測(cè)試
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前言
納米材料是指在三維空間中至少有一維處于納米尺度范圍(1-100nm)或由該尺度范圍作為基本結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成的材料,由于其本身特有的不同于一般體材料和單個(gè)分子的特殊性質(zhì),包括體積效應(yīng)、表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、量子隧道效應(yīng)等,所展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景成為人們關(guān)注的一個(gè)焦點(diǎn),科學(xué)家們常常把這一類(lèi)新型材料譽(yù)為“21世紀(jì)最有潛力的材料”。
目前,納米材料的應(yīng)用主要集中在電子信息、生物材料、能源等領(lǐng)域,其中在新型電子器件的設(shè)計(jì)和制造上取得很大突破,如納米晶體管、納米傳感器、納米光電子器件等。通過(guò)在納米尺度上控制和操縱電子器件和材料的性質(zhì),使得器件具有更小的尺寸、更低的功耗以及更快的響應(yīng)速度,未來(lái)在電子信息及其他科技領(lǐng)域上將會(huì)衍生更大的價(jià)值。因此,針對(duì)納米材料的不同應(yīng)用,采用有效的技術(shù)方法和手段對(duì)納米材料/器件的性能進(jìn)行深入研究至關(guān)重要。
納米電極材料應(yīng)用及測(cè)試表征
碳納米管具有優(yōu)異的機(jī)械性能和電化學(xué)性能,一直在各領(lǐng)域備受關(guān)注。在鋰電池的應(yīng)用中,碳納米管作為電極時(shí),其獨(dú)特的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不僅能夠有效地連接更多的活性物質(zhì),出色的電導(dǎo)率也可以大幅降低阻抗。電導(dǎo)率及循環(huán)伏安法是表征電極材料電性能的重要手段,循環(huán)伏安法測(cè)試過(guò)程中,使用較多的是三電極系統(tǒng)和兩電極體系。
圖:循環(huán)伏安法測(cè)試系統(tǒng)架構(gòu)
圖:循環(huán)伏安法測(cè)試曲線
雙極板(BPP)材料應(yīng)用及測(cè)試表征
質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)是一種使用氫氣和氧氣作為燃料的電池,通過(guò)化學(xué)反應(yīng)生成水,并產(chǎn)生電能。雙極板(Bipolar plate,以下簡(jiǎn)稱BP)是燃料電池的一種核心零部件,主要作用為支撐MEA,提供氫氣、氧氣和冷卻液流體通道并分隔氫氣和氧氣、收集電子、傳導(dǎo)熱量,常見(jiàn)的材料有石墨、復(fù)合材料和金屬。作為核心部件,體電阻率測(cè)試是雙極板材料性能的重要表征技術(shù)之一。
圖:體電阻率測(cè)試系統(tǒng)架構(gòu)
納米壓敏陶瓷材料應(yīng)用及電性能測(cè)試表征
壓敏電阻又稱變阻器、變阻體或突波吸收器,其電阻會(huì)隨外部電壓而改變,因此它的電流-電壓特性曲線具有顯著的非線性:
- 在閾值電壓以下,壓敏電阻的阻值很高,相當(dāng)于開(kāi)路;
- 超過(guò)閾值電壓后,壓敏電阻的阻值大大降低,吸收瞬間的能量。
壓敏電阻的電學(xué)特性主要包括壓敏電壓、漏電流、封裝耐壓、響應(yīng)度等方面。由于器件本身耐壓高,測(cè)試需要高壓,同時(shí)需要nA級(jí)小電流測(cè)量能力,推薦使用普賽斯P系列脈沖源表或E系列高電壓源測(cè)單元,P系列脈沖源表具備300V高壓,小電流低至1pA;E系列高壓源測(cè)單元最大電壓高達(dá)3500V、最小電流低至1nA。
圖:P系列高精度臺(tái)式脈沖源表
圖:E系列高電壓源測(cè)單元
納米發(fā)電材料應(yīng)用及測(cè)試表征
納米發(fā)電機(jī)是基于規(guī)則的氧化納米線,在納米范圍內(nèi)將機(jī)械能、熱能等轉(zhuǎn)化為電能,是世界上最小的發(fā)電機(jī)。目前主要包括:摩擦納米發(fā)電機(jī)、壓電納米發(fā)電機(jī)、熱釋電納米發(fā)電機(jī)、靜電納米發(fā)電機(jī)以及溫差發(fā)電機(jī)等。
由于納米發(fā)電自身的技術(shù)原因,在測(cè)試時(shí)具有電流信號(hào)微弱(低至μA甚至nA級(jí));內(nèi)阻大,開(kāi)路電壓很難測(cè)準(zhǔn);信號(hào)變化快,難以捕獲電壓或電流峰值等特點(diǎn)。推薦使用普賽斯S系列直流源表、P系列脈沖源表或CS系列插卡式多通道源表,搭配上位機(jī)軟件,可實(shí)現(xiàn)納米發(fā)電材料輸出電壓以及輸出電流隨時(shí)間變化的曲線:V-t、I-t等,適用于摩擦發(fā)電、水伏發(fā)電、溫差發(fā)電等納米發(fā)電研究領(lǐng)域。
圖:納米水伏發(fā)電測(cè)試系統(tǒng)架構(gòu)
圖:納米溫差發(fā)電測(cè)試系統(tǒng)架構(gòu)
有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管應(yīng)用及測(cè)試表征
有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(OFET)是一種利用有機(jī)半導(dǎo)體組成的場(chǎng)效應(yīng)晶體管。一般由柵極、絕緣層、有機(jī)有源層、源/漏電極構(gòu)成。主要性能指標(biāo)有遷移率、開(kāi)關(guān)電流比、閾值電壓三個(gè)參數(shù),通常用輸出特性曲線和轉(zhuǎn)移特性曲線來(lái)表征。推薦使用普賽斯SPA6100半導(dǎo)體參數(shù)分析儀來(lái)進(jìn)行I-V測(cè)試以及C-V測(cè)試,可以用來(lái)獲取器件的輸出轉(zhuǎn)移特性、柵極漏電流、漏源擊穿電壓等參數(shù);C-V測(cè)試可以確定二氧化硅層厚度dox、襯底摻雜濃度N以及固定電荷面密度Qfc等參數(shù)。
圖:SPA6100半導(dǎo)體參數(shù)分析儀
結(jié)語(yǔ)
納米材料及器件作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè),是促進(jìn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)和高質(zhì)量發(fā)展的重要支柱之一。普賽斯數(shù)字源表具有測(cè)試精度高、微弱信號(hào)檢測(cè)能力強(qiáng)的特點(diǎn),可根據(jù)用戶測(cè)試需求配置高效率、高精度、高性價(jià)比的納米材料測(cè)試方案,廣泛應(yīng)用在納米材料、納米器件、納米發(fā)電等產(chǎn)品的研發(fā)生產(chǎn)領(lǐng)域。