关于二维/石墨烯材料及电子器件测试介绍

纳米材料电学测试方案将在本文中阐述，包括《纳米线/碳纳米管测试方案》、《二维/石墨烯材料测试方案》。纳米材料电学测试SMU 应用场景、测试特点及选型原则的示意图，结合被测纳米材料或纳米电子器件的类型及测试要点，选择最适合的SMU。4200 – SCS 几乎适用于全部种类的纳米材料的测试，当然，某些特殊的源表更适合一些特殊的应用。

纳米线/碳纳米管及电子器件测试

纳米线（Nano Wire）为一种横向上被限制在100纳米以下（纵向没有限制）的一维材料。根据组成材料的不同，纳米线可分金属纳米线，半导体纳米线和绝缘体纳米线。作为纳米材料的一种，纳米线具备上文概述的纳米材料全部特性，在电子，光电子和纳电子机械器械中，纳米线起到很重要的作用。它同时还可以作为合成物中的添加物、量子器械中的连线、场发射器和生物分子纳米感应器等。

I-V 测试是纳米线/碳纳米管最基本的电性能测试，SMU 是基本测试仪器，不同种类的碳纳米管需不同的 SMU 进行测试，SMU选择依据为：

被测样品所需 SMU 通道数

被测样品是否有脉冲测试需求

被测样品是否有电容测试需求

被测样品电阻范围，施加或测试的电流范围以及施加或测试的电压范围

纳米线/碳纳米管及其电子器件综合测试方案

4200A-SCS 主机

4200 SMU 模块，模块数量由通道数决定

4200 PA，选件，依据最小测试电流定，数量与SMU模块匹配

4225 PMU，选件，依据脉冲需求定，模块数由通道数定，是否加放大器由最小测试电流定

4210 CVU，选件，有电容特性测试需求时配置

纳米探针台（第三方）

软件：Clarius

方案优势：

测试范围宽，满足全部种类纳米线/碳纳米管及其电子器件测试需求

多种配置满足不同的应用需求

内置多种纳米线/碳纳米管器件库，调用后自动生成相应器件的测试流程

二维/石墨烯材料及电子器件测试

所谓二维材料 （Two dimensional material ），指的是电子仅可在两个维度的非纳米尺度（1-100nm）上自由运动（平面运动）的材料，属于纳米材料的范畴，包含具有超导、金属性、半金属、拓扑绝缘体、半导体、绝缘体的材料。二维材料最为典型的代表是石墨烯，石墨烯是由碳原子组成的二维结构，由于在电学/热学/光学等方面的优良特性，被广泛研究并使用在这个领域。在半导体特性上，石墨烯具有优良的导电特性及易掺杂改性的特性，因此被用来制作为各种半导体器件，如零带隙、顶栅石墨烯场效应管，双层石墨烯晶体管，双极超导石墨烯晶体管，石墨烯纳米带场效应管等。在应用上可作为穿戴设备，传感器，充电设备等。

对二维/石墨烯材料，通常使用四探针法或范德堡法测试电阻率，用霍尔效应测测试载流子迁移率及载流子浓度。

二维/石墨烯材料及电子器件电性能测试挑战

二维/石墨烯材料属于纳米材料范畴，上文中讨论的测试挑战对二维/石墨烯材料都适用。

电阻率及霍尔效应测试均是加流测压的过程，需要设备能输出电流并且测试电压，这意味着同时需要电流源和电压表，并且电流源和电压表精度要高，保证测试的准确性。

电阻率及电子迁移率通常范围较大，需要电流电压范围都很大的设备。

需与探针台配合，测试设备需方便连接，需易用的软件

霍尔效应测试时，通常要准备霍尔条（Hall Bar）

高性价比测试方案1：

6221高精度脉冲电流源

2182 纳伏表

7168 开关卡

探针台（第三方）

软件：自行开发

方案优势：

性价比高

具有脉冲电流

Delta 模式

被测样品电阻适用范围广（uΩ ~ TΩ）

纳伏开关卡不影响测试精度

高性能测试方案2：

4200A-SCS + 4200 SMU X 3 或 4

4200 PA X 3 或 4

测试台 （第三方）

软件：Clarius

方案优势：

SMU模块集电压源/电压表/电流源/电流表于一体，集成度高，方便使用

SMU均配有开尔文接口，在测试小电阻时可有效消除线缆电阻的影响

电流输出精度40fA；电流测试精度10fA；电压测试精度80µV；

带有pulse工作模式，使用pulse测试可以消除自加热效应 （需增加 4225 PMU 硬件）

Clarius 软件可调用内置Project，不仅适用于针对二维/石墨烯材料的四探针，范德堡，霍尔效应测试，也适用于二维/石墨烯电子器件 I-V C-V 特性测试（C-V 特性测试时需添加 4210 CVU 硬件）

开放设备底层指令，附带编译软件，支持自编程

纳米发电测试方案

纳米发电机是基于规则的氧化锌纳米线，在纳米范围内将机械能转化成电能，是世界上最小的发电机。目前纳米发电机可以分为三类：压电纳米发电机、摩擦纳米发电机、热释电纳米发电机。

纳米发电面临的测试挑战

发电机产生的电流小

发电机的内阻大，开路电压测不准

信号变化快，很难采集电压或者电流峰值

泰克纳米发电测试方案

采用高内阻的静电计6517+数据采集仪DMM6500+纳米发电采集软件来进行微小纳米发电电流数据采集。由于现在纳米发电机中有一部分已经转向实际应用研究，其中之一就有压力传感方向，而矩阵式压力传感器的测试是很多老师和同学比较头疼的一个问题，为了解决这类问题，根据要求搭建了一个测试方案如下：

方案优势：

纳米发电研究领域推荐测试方案

优异的小心测试能力

定制化软件，更快，更简单，更专业

可升级，满足研究将来的测试需求