前言：材料性質的研究是當代材料科學的重要一環(huán)，所謂材料的性質是指對材料功能特性和效用的定量度量和描述，即材料對電、磁、光、熱、機械載荷的反應。源表SMU 在當代材料科學研究中，起到舉足輕重的作用，選擇適合某類材料電性能測試的SMU，如何降低測試誤差，測試中應當注意什么，這些問題都需要重點關注。泰克吉時利的品牌在全球許多學科工程師和科學家中享有盛譽，其高精度源表（SMU）、萬用表、精密電源、微小信號測試以及數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品，同泰克公司原有的產(chǎn)品線一同為當代材料科學研究提供多種測試方案。

　　【當代材料電學測試課堂】系列涉及當代材料科學尖端的電運輸及量子材料/超導材料測試、一維/碳納米管材料測試、二維材料及石墨烯測試及納米材料的應用測試。今天跟您分享第一篇，【當代材料電學測試課堂】系列之一： 納米測試（下）。

　　納米材料電學測試方案將在本文中闡述，包括《納米線/碳納米管測試方案》、《二維/石墨烯材料測試方案》。納米材料電學測試SMU 應用場景、測試特點及選型原則的示意圖，結合被測納米材料或納米電子器件的類型及測試要點，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試，當然，某些特殊的源表更適合一些特殊的應用

　　納米線/碳納米管及電子器件測試

　　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，光電子和納電子機械器械中，納米線起到很重要的作用。它同時還可以作為合成物中的添加物、量子器械中的連線、場發(fā)射器和生物分子納米感應器等。

　　I-V 測試是納米線/碳納米管最基本的電性能測試，SMU 是基本測試儀器，不同種類的碳納米管需不同的 SMU 進行測試，SMU選擇依據(jù)為：

　　?被測樣品所需 SMU 通道數(shù)

　　?被測樣品是否有脈沖測試需求

　　?被測樣品是否有電容測試需求

　　?被測樣品電阻范圍，施加或測試的電流范圍以及施加或測試的電壓范圍

　　納米線/碳納米管及其電子器件綜合測試方案

　　?4200A-SCS 主機

　　?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試電流定

　　?4210 CVU，選件，有電容特性測試需求時配置

　　?納米探針臺（第三方）

　　?軟件：Clarius

　　方案優(yōu)勢：

　　?測試范圍寬，滿足全部種類納米線/碳納米管及其電子器件測試需求

　　?多種配置滿足不同的應用需求

　　?內(nèi)置多種納米線/碳納米管器件庫，調(diào)用后自動生成相應器件的測試流程

　　二維/石墨烯材料及電子器件測試

　　所謂二維材料 （Two dimensional material ），指的是電子僅可在兩個維度的非納米尺度（1-100nm）上自由運動（平面運動）的材料，屬于納米材料的范疇，包含具有超導、金屬性、半金屬、拓撲絕緣體、半導體、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構，由于在電學/熱學/光學等方面的優(yōu)良特性，被廣泛研究并使用在這個領域。在半導體特性上，石墨烯具有優(yōu)良的導電特性及易摻雜改性的特性，因此被用來制作為各種半導體器件，如零帶隙、頂柵石墨烯場效應管，雙層石墨烯晶體管，雙極超導石墨烯晶體管，石墨烯納米帶場效應管等。在應用上可作為穿戴設備，傳感器，充電設備等。

　　對二維/石墨烯材料，通常使用四探針法或范德堡法測試電阻率，用霍爾效應測測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，上文中討論的測試挑戰(zhàn)對二維/石墨烯材料都適用。

　　?電阻率及霍爾效應測試均是加流測壓的過程，需要設備能輸出電流并且測試電壓，這意味著同時需要電流源和電壓表，并且電流源和電壓表精度要高，保證測試的準確性。

　　?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備。

　　?需與探針臺配合，測試設備需方便連接，需易用的軟件

　　?霍爾效應測試時，通常要準備霍爾條（Hall Bar）

　　·6221高精度脈沖電流源

　　·2182 納伏表

　　·7168 開關卡

　　·探針臺（第三方）

　　·軟件：自行開發(fā)

　　方案優(yōu)勢

　　·性價比高

　　·具有脈沖電流

　　·Delta 模式

　　·被測樣品電阻適用范圍廣（uΩ ~ TΩ）

　　·納伏開關卡不影響測試精度

　　高性能測試方案2：

　　·4200A-SCS + 4200 SMU X 3 或 4

　　·4200 PA X 3 或 4

　　·測試臺 （第三方）

　　·軟件：Clarius

　　方案優(yōu)勢：

　　·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，在測試小電阻時可有效消除線纜電阻的影響

　　·電流輸出精度40fA；電流測試精度10fA；電壓測試精度80μV；

　　·帶有pulse工作模式，使用pulse測試可以消除自加熱效應 （需增加 4225 PMU 硬件）

　　·Clarius 軟件可調(diào)用內(nèi)置Project，不僅適用于針對二維/石墨烯材料的四探針，范德堡，霍爾效應測試，也適用于二維/石墨烯電子器件 I-V C-V 特性測試（C-V 特性測試時需添加 4210 CVU 硬件）

　　·開放設備底層指令，附帶編譯軟件，支持自編程

　　納米發(fā)電測試方案

　　納米發(fā)電機是基于規(guī)則的氧化鋅納米線，在納米范圍內(nèi)將機械能轉化成電能，是世界上最小的發(fā)電機。目前納米發(fā)電機可以分為三類：壓電納米發(fā)電機、摩擦納米發(fā)電機、熱釋電納米發(fā)電機。

　　納米發(fā)電面臨的測試挑戰(zhàn)

　　1.發(fā)電機產(chǎn)生的電流小

　　2.發(fā)電機的內(nèi)阻大，開路電壓測不準

　　3.信號變化快，很難采集電壓或者電流峰值

　　泰克納米發(fā)電測試方案

　　采用高內(nèi)阻的靜電計6517+數(shù)據(jù)采集儀DMM6500+納米發(fā)電采集軟件來進行微小納米發(fā)電電流數(shù)據(jù)采集。由于現(xiàn)在納米發(fā)電機中有一部分已經(jīng)轉向實際應用研究，其中之一就有壓力傳感方向，而矩陣式壓力傳感器的測試是很多老師和同學比較頭疼的一個問題，為了解決這類問題，根據(jù)要求搭建了一個測試方案如下：

　　方案優(yōu)勢：

　　·納米發(fā)電研究領域推薦測試方案

　　·優(yōu)異的小心測試能力

　　·定制化軟件，更快，更簡單，更專業(yè)

　　·可升級，滿足研究將來的測試需求