專注于半導體電性能測試
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構單元構成的材料,由于其本身特有的不同于一般體材料和單個分子的特殊性質,包括體積效應、表面效應、量子尺寸效應、量子隧道效應等,所展現出巨大的應用前景成為人們關注的一個焦點,科學家們常常把這一類新型材料譽為“21世紀最有潛力的材料”。
目前,納米材料的應用主要集中在電子信息、生物材料、能源等領域,其中在新型電子器件的設計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。通過在納米尺度上控制和操縱電子器件和材料的性質,使得器件具有更小的尺寸、更低的功耗以及更快的響應速度,未來在電子信息及其他科技領域上將會衍生更大的價值。因此,針對納米材料的不同應用,采用有效的技術方法和手段對納米材料/器件的性能進行深入研究至關重要。
納米電極材料應用及測試表征
碳納米管具有優異的機械性能和電化學性能,一直在各領域備受關注。在鋰電池的應用中,碳納米管作為電極時,其獨特的網絡結構不僅能夠有效地連接更多的活性物質,出色的電導率也可以大幅降低阻抗。電導率及循環伏安法是表征電極材料電性能的重要手段,循環伏安法測試過程中,使用較多的是三電極系統和兩電極體系。
圖:循環伏安法測試系統架構
圖:循環伏安法測試曲線
雙極板(BPP)材料應用及測試表征
質子交換膜燃料電池(PEMFC)是一種使用氫氣和氧氣作為燃料的電池,通過化學反應生成水,并產生電能。雙極板(Bipolar plate,以下簡稱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、傳導熱量,常見的材料有石墨、復合材料和金屬。作為核心部件,體電阻率測試是雙極板材料性能的重要表征技術之一。
圖:體電阻率測試系統架構
納米壓敏陶瓷材料應用及電性能測試表征
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,相當于開路;
- 超過閾值電壓后,壓敏電阻的阻值大大降低,吸收瞬間的能量。
壓敏電阻的電學特性主要包括壓敏電壓、漏電流、封裝耐壓、響應度等方面。由于器件本身耐壓高,測試需要高壓,同時需要nA級小電流測量能力,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系列高壓源測單元最大電壓高達3500V、最小電流低至1nA。
圖:P系列高精度臺式脈沖源表
圖:E系列高電壓源測單元
納米發電材料應用及測試表征
納米發電機是基于規則的氧化納米線,在納米范圍內將機械能、熱能等轉化為電能,是世界上最小的發電機。目前主要包括:摩擦納米發電機、壓電納米發電機、熱釋電納米發電機、靜電納米發電機以及溫差發電機等。
由于納米發電自身的技術原因,在測試時具有電流信號微弱(低至μA甚至nA級);內阻大,開路電壓很難測準;信號變化快,難以捕獲電壓或電流峰值等特點。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,搭配上位機軟件,可實現納米發電材料輸出電壓以及輸出電流隨時間變化的曲線:V-t、I-t等,適用于摩擦發電、水伏發電、溫差發電等納米發電研究領域。
圖:納米水伏發電測試系統架構
圖:納米溫差發電測試系統架構
有機場效應晶體管應用及測試表征
有機場效應晶體管(OFET)是一種利用有機半導體組成的場效應晶體管。一般由柵極、絕緣層、有機有源層、源/漏電極構成。主要性能指標有遷移率、開關電流比、閾值電壓三個參數,通常用輸出特性曲線和轉移特性曲線來表征。推薦使用普賽斯SPA6100半導體參數分析儀來進行I-V測試以及C-V測試,可以用來獲取器件的輸出轉移特性、柵極漏電流、漏源擊穿電壓等參數;C-V測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。
圖:SPA6100半導體參數分析儀
結語
納米材料及器件作為戰略性新興產業和高新技術產業,是促進產業轉型升級和高質量發展的重要支柱之一。普賽斯數字源表具有測試精度高、微弱信號檢測能力強的特點,可根據用戶測試需求配置高效率、高精度、高性價比的納米材料測試方案,廣泛應用在納米材料、納米器件、納米發電等產品的研發生產領域。