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　　解決兩線測量導(dǎo)線和接觸電阻的方法是用四線或“開爾文”測量。通過開爾文測量，第二組探針用于感測信號，這些探頭中的電流可忽略不計；因此，僅測量經(jīng)過DUT的電壓降（見圖3）。因此，電阻的測量或I-V曲線的生成更加準(zhǔn)確。

　　圖3：四線法測試

　　四線法測試系統(tǒng)配置

　　將Keithley的4200-SCS半導(dǎo)體表征系統(tǒng)與Zyvex S100納米探針臺相結(jié)合，創(chuàng)建了一個自動化的儀器系統(tǒng)，用于對納米尺度和半導(dǎo)體器件、測試結(jié)構(gòu)和其他亞微米器件進(jìn)行I-V和C-V表征。對于組合系統(tǒng)噪聲下限小于55fA，電流測量優(yōu)于1pA的情況很容易實現(xiàn)。

　　通過Keithley交互式測試環(huán)境（KITE），可以輕松、快速地配置和執(zhí)行測試。KITE是一個為半導(dǎo)體器件和材料設(shè)計和開發(fā)的應(yīng)用程序，也適用于納米級器件。測試的源和測量功能由源測量單元（SMU）提供。碳納米管I-V測試的設(shè)置示例如圖4所示。圖5展示了使用Keithley4200-SCS、KITE和S100的碳納米管的I-V曲線。

　　Zyvex S100納米探針臺是一種用于微米和納米規(guī)模的研究和開發(fā)應(yīng)用的探針臺。它可容納多達(dá)4個定位器（三維級），具有5nm的定位器分辨率，可以在掃描電子顯微鏡（SEMS）和聚焦離子束系統(tǒng)（FIBS）中捕獲、移動、測試和定位微米和納米量級的樣品。對于納米線或納米管上的四線測量，使用測試系統(tǒng)的四個探針臂。每個探針臂控制一個探頭。圖6展示了Keithley 4200-SCS與S100的連接。圖7展示了與碳納米管的實際接觸。

　　圖4：用Keithley 4200-SCS KITE應(yīng)用程序測試碳納米管的I-V曲線設(shè)置

　　圖5：碳納米管上的I-V曲線

　　圖6：Keithley 4200-SCS和Zyvex S100測試示意圖

　　圖7：在S100探針上的碳納米管的掃描電鏡圖片

　　為了在納米級材料和導(dǎo)線上進(jìn)行四線測量，在DUT的外部和內(nèi)部探頭連接到同一個源測量單元（SMU）。外部探頭連接到SMU上的force端，而內(nèi)部探頭連接到SMU上的sense端。Keithley 4200-SCS進(jìn)行測試?！八木€”交互式測試模塊，可在KITE文件夾中找到，名為“雙線電阻器”，可用于生成I-V曲線的結(jié)果。這是一個預(yù)先配置的例程，如前面所述，使用四根電纜和兩個smu實現(xiàn)四點測量。也可以創(chuàng)建一個基于“two wire resistor”的項目，并使用一個看起來像碳納米管的圖，如圖4所示。

　　典型的錯誤來源

　　通過偏移電壓和噪聲源，可以在低壓和低電阻測量中引入顯著誤差，而這些誤差在測量較高的信號電平時通常會被忽略。下面討論可能影響低電壓和低電阻測量精度的因素。

　　偏移電壓

　　在理想情況下，當(dāng)電壓表連接到一個沒有電壓存在的相對較低阻抗的電路時，它應(yīng)該讀數(shù)為零。然而，電路中的一些誤差源可以被視為非零電壓偏移。這些源包括熱電電場、RFI（射頻干擾）整流產(chǎn)生的偏移量和電壓表輸入電路中的偏移量。穩(wěn)定偏移通?？梢酝ㄟ^短路測試導(dǎo)線的末端來消除零，然后使儀器的零（相對）特性。然而，請注意，抵消偏移漂移可能需要多次重新歸零，特別是在熱電電動電場的情況下。

　　熱電電壓

　　通過偏移電壓和噪聲源，可以在低壓和低電阻測量中引入顯著誤差，而這些誤差在測量較高的信號電平時通常會被忽略。下面討論可能影響低電壓和低電阻測量精度的因素。

　　偏移電壓

　　熱電電壓（熱電電動場）是低壓測量中常見的誤差來源。當(dāng)電路的不同部分處于不同的溫度和由不同材料制成的導(dǎo)體連接在一起時，就會產(chǎn)生這些電壓。使用相同材料的電路，可以大限度地減少熱電電動勢的產(chǎn)生。

　　允許測試設(shè)備在恒定的環(huán)境溫度下加熱并達(dá)到熱平衡也使熱電電磁勢影響小。任何剩余的熱電電動勢，只要它相對恒定，都可以通過使用儀器零特征進(jìn)行補(bǔ)償。為保持環(huán)境溫度恒定，設(shè)備應(yīng)遠(yuǎn)離陽光直射、排氣扇和類似的熱流或移動空氣源。絕緣泡沫（如聚氨酯）中的包裹連接也能大限度地減少由空氣運(yùn)動引起的環(huán)境溫度波動。

　　在低溫下測量源存在特殊的問題，因為低溫恒溫器中的樣品和電壓表之間的連接通常由導(dǎo)熱系數(shù)低于銅的金屬制成，如鐵，它將不同的金屬引入電路。此外，由于源可能是接近0開爾文，而儀表是在300開爾文，有一個非常大的溫度梯度。通過匹配低溫恒溫器和電壓表之間的導(dǎo)線組成，并將所有不同的金屬結(jié)對保持在相同的溫度下，可以以良好的精度進(jìn)行非常低的電壓測量。

　　非歐姆接觸

　　當(dāng)非歐姆接觸點之間的電位差與流過它的電流不是線性比例時，非歐姆接觸點是明顯的。由于氧化膜或其他非線性連接，在低壓電路中可能發(fā)生非歐姆接觸。非歐姆連接很可能會糾正存在的射頻能量（RFI），導(dǎo)致電路中出現(xiàn)偏移電壓。有幾種方法來檢查非歐姆接觸點和一些方法來減少它們。

　　當(dāng)使用微歐姆表、數(shù)字萬用表（DMM）或源-測量單元進(jìn)行低電阻測量時，通過改變范圍來檢查非歐姆觸點。通過改變測量范圍，通常也會改變測試電流。正常情況下表示相同的讀數(shù)，但分辨率較高或較低，這取決于儀器是上升或下降的范圍。如果讀數(shù)有顯著差異，這可能表明存在非歐姆條件。

　　如果使用單獨(dú)的電流源和電壓表進(jìn)行低電阻測量，則必須檢查每個儀器的非歐姆觸點。如果電流源觸點是非歐姆，當(dāng)源極性反轉(zhuǎn)時，順應(yīng)電壓可能有顯著異。如果電壓表觸點是非歐姆的，它們可以糾正任何交流小信號的存在，并造成直流偏移誤差。

　　為了防止非歐姆接觸，請選擇合適的接觸材料，如銦或金。確保合規(guī)電壓足夠高，以避免由于源接觸非線性引起的問題。為了減少由電壓表非歐姆觸點引起的誤差，通過使用屏蔽和適當(dāng)?shù)慕拥貋頊p少交流干擾。

　　器件自熱

　　在對納米級器件或材料等溫度敏感器件進(jìn)行電阻測量時，需要考慮器件自加熱。用于低電阻測量的測試電流通常比用于正常范圍內(nèi)電阻測量的電流要高得多，因此，如果功耗足以導(dǎo)致器件的電阻值發(fā)生變化，則可以考慮器件中的功耗。

　　電阻器中的功耗由公式為P=I2R。從這個關(guān)系中，我們可以看到，每次電流加倍時，器件中的功耗就增加4倍。因此，小化設(shè)備加熱的影響的一種方法是使用盡可能低的電流，同時在整個被測試的設(shè)備上仍然保持所需的電壓。然而，在許多情況下，測試電流是不可調(diào)的。例如，大多數(shù)微歐姆表和DMM都沒有設(shè)置測試電流的規(guī)定。在這些情況下，必須找到替代方法來減少設(shè)備加熱。一個簡單但有效的方法是在測量期間使用儀器的一次性觸發(fā)模式。在這種模式下，在測量周期中，儀器將只對DUT施加一個短暫的電流脈沖，從而大限度地減少設(shè)備加熱造成的誤差。keithley 4200-SCS中使用的源測量單元，提供了完整的可編程性，使其易于控制設(shè)備加熱。

　　被污染的探針

　　測試信號的完整性依賴于高質(zhì)量的探頭接觸，這與接觸電阻直接相關(guān)。隨著信號電壓降、接觸壓力的降低以及納米技術(shù)中新器件技術(shù)的研究，探針接觸電阻變得越來越重要。

　　在使用過程中，探針可能會被污染，導(dǎo)致測量誤差。探針尖端的磨損和由此產(chǎn)生的污染會導(dǎo)致接觸電阻的增加。提高探針尖端長期性能的佳方法是在測試方案中納入定期清洗程序。雖然定期清洗會影響測試產(chǎn)量，但清洗和收益必須與成本進(jìn)行權(quán)衡。與清洗相關(guān)的一個主要成本因素是在探測臺停止服務(wù)時降低了測試吞吐量。另一個考慮因素是，清潔太少會對測試產(chǎn)量產(chǎn)生不利影響。

　　你怎么知道這些探測器是臟的呢？下列任何一項都可能表明存在污染問題：

　　?探頭產(chǎn)生高接觸電阻。

　　?存在接觸電阻高的產(chǎn)量沉降物。

　　?重新探測并不會提高測試失敗率。

　　?目視（顯微鏡）檢查顯示探針尖端有顆粒或涂層。

　　通常，不正確的測量是第一個錯誤，重新扎針不會改

　　變故障率。用顯微鏡檢查探針尖端可以驗證診斷結(jié)果。請參考提供探頭公司提供的清潔建議。

　　測試系統(tǒng)安全

　　許多電氣測試系統(tǒng)或儀器都能夠測量或獲取危險的電壓和功率水平。在單一故障條件下（例如，編程錯誤或儀器故障），即使系統(tǒng)表明沒有危險存在，也有可能輸出危險水平。

　　這些高電壓和功率水平使操作人員在任何時候都要免受任何危險。

　　保護(hù)方法包括：

　　設(shè)計測試夾具，以防止操作員接觸到任何危險的回路。

　　確保被測設(shè)備完全封閉，以保護(hù)操作人員免受任何飛行碎片的傷害。

　　雙絕緣連接是操作員可以接觸到的所有電氣連接。雙絕緣確保操作者仍然得到保護(hù)，即使有一個絕緣層失效。當(dāng)測試固定裝置罩打開時，使用高可靠性、故障安全的聯(lián)鎖開關(guān)斷開電源。

　　如果可能，請使用自動處理程序，使操作人員不需要訪問測試固定裝置的內(nèi)部，也不需要打開防護(hù)裝置。

　　為系統(tǒng)的所有用戶提供適當(dāng)?shù)呐嘤?xùn)，使他們了解所有潛在的危險，并知道如何保護(hù)自己免受傷害。

　　測試系統(tǒng)設(shè)計人員、集成商和安裝人員的責(zé)任是確保操作人員和維護(hù)人員的保護(hù)到位和有效。

　　更多信息參考

　　有關(guān)二線和四線電阻測量、低壓測量和典型誤差源的更多信息，請參閱keitheley的低電平測量手冊。

　　結(jié)論

　　Keithely 4200-SCS半導(dǎo)體表征系統(tǒng)結(jié)合Zyvex測試系統(tǒng)是一種非常有效的納米器件I-V表征測量工具。該系統(tǒng)具有四點探針能力，1pA精度，和5nm精度移動，提供了一個獨(dú)特的特征組合，是理想的納米技術(shù)和半導(dǎo)體表征。