【導(dǎo)讀】【當(dāng)代材料電學(xué)測(cè)試課堂】系列涉及當(dāng)代材料科學(xué)尖端的電運(yùn)輸及量子材料/超導(dǎo)材料測(cè)試、一維/碳納米管材料測(cè)試、二維材料及石墨烯測(cè)試及納米材料的應(yīng)用測(cè)試。今天跟您分享第一篇，【當(dāng)代材料電學(xué)測(cè)試課堂】系列之一：納米測(cè)試（下）。
前言
材料性質(zhì)的研究是當(dāng)代材料科學(xué)的重要一環(huán)，所謂材料的性質(zhì)是指對(duì)材料功能特性和效用的定量度量和描述，即材料對(duì)電、磁、光、熱、機(jī)械載荷的反應(yīng)。源表SMU 在當(dāng)代材料科學(xué)研究中，起到舉足輕重的作用，選擇適合某類材料電性能測(cè)試的SMU，如何降低測(cè)試誤差，測(cè)試中應(yīng)當(dāng)注意什么，這些問題都需要重點(diǎn)關(guān)注。泰克吉時(shí)利的品牌在全球許多學(xué)科工程師和科學(xué)家中享有盛譽(yù)，其高精度源表（SMU）、萬用表、精密電源、微小信號(hào)測(cè)試以及數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品，同泰克公司原有的產(chǎn)品線一同為當(dāng)代材料科學(xué)研究提供多種測(cè)試方案。
【當(dāng)代材料電學(xué)測(cè)試課堂】系列涉及當(dāng)代材料科學(xué)尖端的電運(yùn)輸及量子材料/超導(dǎo)材料測(cè)試、一維/碳納米管材料測(cè)試、二維材料及石墨烯測(cè)試及納米材料的應(yīng)用測(cè)試。今天跟您分享第一篇，【當(dāng)代材料電學(xué)測(cè)試課堂】系列之一：納米測(cè)試（下）。
納米材料電學(xué)測(cè)試方案將在本文中闡述，包括《納米線/碳納米管測(cè)試方案》、《二維/石墨烯材料測(cè)試方案》。納米材料電學(xué)測(cè)試SMU 應(yīng)用場(chǎng)景、測(cè)試特點(diǎn)及選型原則的示意圖，結(jié)合被測(cè)納米材料或納米電子器件的類型及測(cè)試要點(diǎn)，選擇最適合的SMU。4200 – SCS 幾乎適用于全部種類的納米材料的測(cè)試，當(dāng)然，某些特殊的源表更適合一些特殊的應(yīng)用
納米線/碳納米管及電子器件測(cè)試
納米線（Nano Wire）為一種橫向上被限制在100納米以下（縱向沒有限制）的一維材料。根據(jù)組成材料的不同，納米線可分金屬納米線，半導(dǎo)體納米線和絕緣體納米線。作為納米材料的一種，納米線具備上文概述的納米材料全部特性，在電子，光電子和納電子機(jī)械器械中，納米線起到很重要的作用。它同時(shí)還可以作為合成物中的添加物、量子器械中的連線、場(chǎng)發(fā)射器和生物分子納米感應(yīng)器等。
I-V 測(cè)試是納米線/碳納米管最基本的電性能測(cè)試，SMU 是基本測(cè)試儀器，不同種類的碳納米管需不同的 SMU 進(jìn)行測(cè)試，SMU選擇依據(jù)為：
• 被測(cè)樣品所需 SMU 通道數(shù)
• 被測(cè)樣品是否有脈沖測(cè)試需求
• 被測(cè)樣品是否有電容測(cè)試需求
• 被測(cè)樣品電阻范圍，施加或測(cè)試的電流范圍以及施加或測(cè)試的電壓范圍
納米線/碳納米管及其電子器件綜合測(cè)試方案
• 4200A-SCS 主機(jī)
• 4200 SMU 模塊，模塊數(shù)量由通道數(shù)決定
• 4200 PA，選件，依據(jù)最小測(cè)試電流定，數(shù)量與SMU模塊匹配
• 4225 PMU，選件，依據(jù)脈沖需求定，模塊數(shù)由通道數(shù)定，是否加放大器由最小測(cè)試電流定
• 4210 CVU，選件，有電容特性測(cè)試需求時(shí)配置
• 納米探針臺(tái)（第三方）
• 軟件：Clarius
方案優(yōu)勢(shì)：
• 測(cè)試范圍寬，滿足全部種類納米線/碳納米管及其電子器件測(cè)試需求
• 多種配置滿足不同的應(yīng)用需求
• 內(nèi)置多種納米線/碳納米管器件庫，調(diào)用后自動(dòng)生成相應(yīng)器件的測(cè)試流程
二維/石墨烯材料及電子器件測(cè)試
所謂二維材料 （Two dimensional material ），指的是電子僅可在兩個(gè)維度的非納米尺度（1-100nm）上自由運(yùn)動(dòng)（平面運(yùn)動(dòng)）的材料，屬于納米材料的范疇，包含具有超導(dǎo)、金屬性、半金屬、拓?fù)浣^緣體、半導(dǎo)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(jié)構(gòu)，由于在電學(xué)/熱學(xué)/光學(xué)等方面的優(yōu)良特性，被廣泛研究并使用在這個(gè)領(lǐng)域。在半導(dǎo)體特性上，石墨烯具有優(yōu)良的導(dǎo)電特性及易摻雜改性的特性，因此被用來制作為各種半導(dǎo)體器件，如零帶隙、頂柵石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管，雙層石墨烯晶體管，雙極超導(dǎo)石墨烯晶體管，石墨烯納米帶場(chǎng)效應(yīng)管等。在應(yīng)用上可作為穿戴設(shè)備，傳感器，充電設(shè)備等。
對(duì)二維/石墨烯材料，通常使用四探針法或范德堡法測(cè)試電阻率，用霍爾效應(yīng)測(cè)測(cè)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(cè)試挑戰(zhàn)
• 二維/石墨烯材料屬于納米材料范疇，上文中討論的測(cè)試挑戰(zhàn)對(duì)二維/石墨烯材料都適用。
• 電阻率及霍爾效應(yīng)測(cè)試均是加流測(cè)壓的過程，需要設(shè)備能輸出電流并且測(cè)試電壓，這意味著同時(shí)需要電流源和電壓表，并且電流源和電壓表精度要高，保證測(cè)試的準(zhǔn)確性。
• 電阻率及電子遷移率通常范圍較大，需要電流電壓范圍都很大的設(shè)備。
• 需與探針臺(tái)配合，測(cè)試設(shè)備需方便連接，需易用的軟件
• 霍爾效應(yīng)測(cè)試時(shí)，通常要準(zhǔn)備霍爾條（Hall Bar）
高性價(jià)比測(cè)試方案1：
· 6221高精度脈沖電流源
· 2182納伏表
· 7168開關(guān)卡
· 探針臺(tái)（第三方）
· 軟件：自行開發(fā)
方案優(yōu)勢(shì)
· 性價(jià)比高
· 具有脈沖電流
· Delta 模式
· 被測(cè)樣品電阻適用范圍廣（uΩ ~ TΩ）
· 納伏開關(guān)卡不影響測(cè)試精度
高性能測(cè)試方案2：
· 4200A-SCS +4200 SMU X 3 或 4
· 4200 PA X 3 或 4
· 測(cè)試臺(tái) (第三方)
· 軟件：Clarius
方案優(yōu)勢(shì)：
· SMU模塊集電壓源/電壓表/電流源/電流表于一體，集成度高，方便使用
· SMU均配有開爾文接口，在測(cè)試小電阻時(shí)可有效消除線纜電阻的影響
· 電流輸出精度40fA；電流測(cè)試精度10fA；電壓測(cè)試精度80µV；
· 帶有pulse工作模式，使用pulse測(cè)試可以消除自加熱效應(yīng) （需增加 4225 PMU 硬件）
· Clarius軟件可調(diào)用內(nèi)置Project，不僅適用于針對(duì)二維/石墨烯材料的四探針，范德堡，霍爾效應(yīng)測(cè)試，也適用于二維/石墨烯電子器件 I-V C-V 特性測(cè)試（C-V 特性測(cè)試時(shí)需添加 4210 CVU 硬件）
· 開放設(shè)備底層指令，附帶編譯軟件，支持自編程
納米發(fā)電測(cè)試方案
納米發(fā)電機(jī)是基于規(guī)則的氧化鋅納米線，在納米范圍內(nèi)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能，是世界上最小的發(fā)電機(jī)。目前納米發(fā)電機(jī)可以分為三類：壓電納米發(fā)電機(jī)、摩擦納米發(fā)電機(jī)、熱釋電納米發(fā)電機(jī)。
納米發(fā)電面臨的測(cè)試挑戰(zhàn)
1. 發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電流小
2. 發(fā)電機(jī)的內(nèi)阻大，開路電壓測(cè)不準(zhǔn)
3. 信號(hào)變化快，很難采集電壓或者電流峰值
泰克納米發(fā)電測(cè)試方案
采用高內(nèi)阻的靜電計(jì)6517+數(shù)據(jù)采集儀DMM6500+納米發(fā)電采集軟件來進(jìn)行微小納米發(fā)電電流數(shù)據(jù)采集。由于現(xiàn)在納米發(fā)電機(jī)中有一部分已經(jīng)轉(zhuǎn)向?qū)嶋H應(yīng)用研究，其中之一就有壓力傳感方向，而矩陣式壓力傳感器的測(cè)試是很多老師和同學(xué)比較頭疼的一個(gè)問題，為了解決這類問題，根據(jù)要求搭建了一個(gè)測(cè)試方案如下：
方案優(yōu)勢(shì):
· 納米發(fā)電研究領(lǐng)域推薦測(cè)試方案
· 優(yōu)異的小心測(cè)試能力
· 定制化軟件，更快，更簡(jiǎn)單，更專業(yè)
· 可升級(jí)，滿足研究將來的測(cè)試需求
（來源：泰克科技）
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