二極管作為電子電路中常用的非線性元件，其伏安特性（IV曲線）是評(píng)估其性能的關(guān)鍵指標(biāo)。本文將詳細(xì)介紹如何利用Keithley 6517B靜電計(jì)/高阻表（以下簡(jiǎn)稱“6517B”）準(zhǔn)確測(cè)量二極管的正向?qū)妷?、反向漏電流及擊穿特性，并探討如何通過(guò)優(yōu)化測(cè)量參數(shù)降低誤差。
一、測(cè)量原理與儀器概述
1. 二極管IV特性測(cè)量原理
正向特性：通過(guò)施加正向電壓，測(cè)量二極管導(dǎo)通后的電流-電壓關(guān)系，通常表現(xiàn)為指數(shù)型曲線。
反向特性：施加反向電壓時(shí)，二極管處于截止?fàn)顟B(tài)，需測(cè)量微弱的反向漏電流（pA-nA級(jí)別），評(píng)估其絕緣性能。
擊穿特性：當(dāng)反向電壓超過(guò)臨界值（擊穿電壓）時(shí)，漏電流急劇增加，需確定擊穿電壓及雪崩特性。
2. 6517B儀器特點(diǎn)
高精度：電流測(cè)量范圍10fA-20mA，電壓范圍0-1000V。
低噪聲：內(nèi)置Guard保護(hù)電路，可抑制電纜及樣品漏電流。
自動(dòng)化：支持IV曲線掃描、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及遠(yuǎn)程控制功能。

二、測(cè)量前的準(zhǔn)備工作
1. 環(huán)境控制
電磁屏蔽：將樣品置于金屬屏蔽箱內(nèi)，接地線連接至儀器接地端，避免電磁干擾。
溫濕度穩(wěn)定：建議溫度控制在23±1℃，濕度<50%RH，防止表面漏電。
靜電消除：使用離子風(fēng)機(jī)或靜電消除器對(duì)樣品及測(cè)試臺(tái)放電。
2. 樣品與電極處理
清潔表面：用異丙醇擦拭二極管引腳，去除氧化層或污染物。
電極選擇：選用鍍金或鉑電極，避免與被測(cè)材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。
接觸壓力：使用彈簧探針或夾具固定，確保接觸電阻<1Ω。
3. 儀器校準(zhǔn)
短路校準(zhǔn)：連接短路電纜，執(zhí)行“Zero”校準(zhǔn)以消除內(nèi)部噪聲。
電阻校準(zhǔn)：使用標(biāo)準(zhǔn)電阻（如1GΩ）驗(yàn)證儀器精度。
三、正向IV曲線測(cè)量步驟
1. 連接電路
采用四線法（4PT）連接：電壓測(cè)量線（Hi/Lo）與電流測(cè)量線（Sense/Source）分開(kāi)，消除引線電阻影響。
將二極管陽(yáng)極接Hi/Source端，陰極接Lo/Sense端，Guard端連接屏蔽層。
2. 參數(shù)設(shè)置
測(cè)量模式：選擇“IV Sweep”。
電壓范圍：正向掃描從0V開(kāi)始，逐步增加至二極管額定正向電壓（如2V）。
掃描速率：設(shè)置0.1V/s-1V/s，避免過(guò)快導(dǎo)致熱效應(yīng)。
積分時(shí)間：選擇“Auto”或10ms-100ms（根據(jù)信號(hào)穩(wěn)定性調(diào)整）。
3. 啟動(dòng)測(cè)量
點(diǎn)擊“Start”按鈕，儀器將自動(dòng)記錄電壓-電流數(shù)據(jù)點(diǎn)。
觀察實(shí)時(shí)曲線，若電流突變或數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，需停止測(cè)量并檢查連接。
四、反向IV曲線與擊穿電壓測(cè)量
1. 反向掃描設(shè)置
電壓極性反轉(zhuǎn)：將Hi/Lo端對(duì)調(diào)，使二極管承受反向電壓。
電壓上限：設(shè)置略高于預(yù)期擊穿電壓（如50V-100V），并啟用“Limit”保護(hù)功能。
電流量程：選擇pA或nA檔，啟用Guard模式抑制漏電流。
2. 數(shù)據(jù)記錄與分析
記錄反向漏電流隨電壓的變化曲線，觀察是否存在異常峰值或拐點(diǎn)。
確定擊穿電壓：當(dāng)電流急劇增加時(shí)的電壓值（需結(jié)合樣品規(guī)格判斷）。
3. 注意事項(xiàng)
避免過(guò)壓：若樣品擊穿不可逆，需設(shè)置電壓上限保護(hù)二極管。
溫度監(jiān)控：反向測(cè)試可能產(chǎn)生熱量，必要時(shí)使用熱沉或縮短測(cè)試時(shí)間。
五、高級(jí)測(cè)量技術(shù)（可選）
1. 變換極性法（Polarity Reversal）
適用于背景電流較大的情況：通過(guò)周期性切換電壓極性（如+10V→-10V→+10V），計(jì)算多次測(cè)量平均值以消除寄生電流。
2. 時(shí)間常數(shù)分析
監(jiān)測(cè)電流隨時(shí)間的變化：設(shè)置固定電壓（如10V），記錄電流隨時(shí)間的變化曲線，評(píng)估二極管充放電特性。
六、數(shù)據(jù)處理與誤差分析
1. 數(shù)據(jù)平滑與擬合
使用Origin、Excel等軟件對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑處理（如Savitzky-Golay濾波），并擬合IV曲線方程（如肖克利方程）。
2. 誤差來(lái)源識(shí)別
接觸電阻：更換電極后電流變化明顯，提示接觸不良。
溫度漂移：反向電流隨溫度變化顯著，需加強(qiáng)溫控。
電纜噪聲：更換屏蔽電纜后數(shù)據(jù)改善，說(shuō)明原電纜存在漏電。
七、常見(jiàn)問(wèn)題與解決方案
1. 測(cè)量值不穩(wěn)定
檢查屏蔽箱接地是否良好，電纜接頭是否松動(dòng)。
確認(rèn)二極管是否充分放電，避免殘余電荷影響。
2. 反向漏電流過(guò)大
清潔二極管表面，避免污染導(dǎo)致的表面漏電。
確認(rèn)測(cè)試電壓是否過(guò)高，導(dǎo)致二極管接近擊穿。
3. Guard模式無(wú)效
檢查Guard線連接是否正確，避免與電壓線短路。
確認(rèn)樣品屏蔽層是否覆蓋完整，消除邊緣漏電。

通過(guò)合理的參數(shù)配置、環(huán)境控制及數(shù)據(jù)處理，6517B可實(shí)現(xiàn)二極管IV特性的高精度測(cè)量。關(guān)鍵優(yōu)化措施包括：
使用四線法連接和Guard保護(hù)電路；
控制掃描速率與積分時(shí)間，平衡精度與效率；
定期校準(zhǔn)儀器，確保測(cè)量基準(zhǔn)準(zhǔn)確。
對(duì)于特殊應(yīng)用場(chǎng)景（如低溫或高頻特性測(cè)試），可結(jié)合專用夾具或溫控設(shè)備進(jìn)一步擴(kuò)展測(cè)量能力。

審核編輯 黃宇