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纳米电测量误差及误差解决方案

2022/07/16126 作者:佚名
导读:要测量弱电流,就必须理解各种潜在的误差源[10],这些误差会造成人们所不希望出现的测量误差[11]。影响多种类型的纳米电子器件的测量结果的两种极为常见的误差源是摩擦生电效应和电化学效应(图1)。 图1:导体和绝缘体之间的摩擦所产生的电荷将引发所谓的摩擦生电[12](Triboelectric)电流。摩擦作用从导体上掠走自由电子,从而造成电荷不平衡性,这相应产生了电流,共轴电缆中的绝缘体和导体的相互

要测量弱电流,就必须理解各种潜在的误差源[10],这些误差会造成人们所不希望出现的测量误差[11]。影响多种类型的纳米电子器件的测量结果的两种极为常见的误差源是摩擦生电效应和电化学效应(图1)。

图1 图1:导体和绝缘体之间的摩擦所产生的电荷将引发所谓的摩擦生电[12](Triboelectric)电流。摩擦作用从导体上掠走自由电子,从而造成电荷不平衡性,这相应产生了电流,共轴电缆中的绝缘体和导体的相互摩擦作用就是这样的一个例子。误差电流[13]也会由于电化学效应而引起,在这种过程中,离子性的化学物质会在两个导体间形成微弱的电池。印刷电路板上的腐蚀溶液、助焊剂或者其他沾污会在导体间形成几个nA的电流。

导体与绝缘体间的摩擦所产生的电荷将引发摩擦生电(Triboelectric)电流。摩擦作用从导体上掠走自由电子,从而造成电荷不平衡性,并相应形成电流。典型的实例是如图1中所示的同轴电缆中的绝缘体和导体一起摩擦而产生的电流。“低噪声[14]”电缆大大降低这一效应。在它的外屏蔽之下,内绝缘体往往是涂覆石墨的聚乙烯。石墨起到润滑的作用并构成了一个导电的等电位筒,以保持电荷平衡,并最大限度减少电缆运动所致的摩擦产生的电荷。不过即使是低噪声的电缆在承受震动、拉伸和收缩时也会产生一定的噪声,因此应该尽可能缩短所有的连接线,而且避免温度变化(会产生热膨胀力),最好把电缆用胶带粘贴或者捆绑到无振动的表面上,如墙面、工作台或者刚性的结构上。

其他应对移动和振动[15]问题的解决方案包括:

·除去振动源或者与振动源间在机械上解耦。电机、水泵和其他机电装置都是常见的振动源[16]。

·稳定整个测试环境。保证电子元器件、导线和电缆的稳固安装或者捆绑固定。屏蔽[17]应该保证稳定。

其他相互接触的绝缘体和导体间也会发生摩擦生电效应。因此,应该在建造测试装置和进行弱电流[18]与高阻抗的连接时,应该尽可能减少绝缘体与导体间的接触。

误差电流也可能由电化学效应而引起,即离子性的化学物质将在两个导体间形成微弱的化学电池。例如,常用的树脂印刷电路板上的腐蚀溶液、助焊剂或者其他的沾污若未被彻底清除,将在导体间产生几个nA的电流。绝缘体的电阻会由于高湿度环境或者离子沾污的存在而大幅下降。

为了避免沾污和潮气的影响,应选择那些能避免吸收水汽的绝缘体,并让湿度处于适中的水平。此外还应该确保所有的绝缘体都保持清洁,避免沾污。若绝缘体被沾污,应当用甲醇等清洁剂来清洁所有相连的电路。当各种沾污溶解到溶剂中后,应当将其冲走,避免它们被再次吸收。在清洗时务必仅使用高度纯净的溶剂;较低等级的溶剂会含有各种沾污物质,从而留下具有电化学效应的薄膜。

图2 图2示出了这两种误差源所能产生的、有害电流的范围。这些有害电流中的每一种都正好处于碳纳米管FET、分子电子元器件抑或单电子晶体管的测量所需的测量范围内。

图2:摩擦生电和电化学效应所产生的电流都恰好处于碳纳米管FET[19]、分子电子元器件抑或甚至单电子晶体管SET测试所需的测量范围之内。

*文章为作者独立观点,不代表造价通立场,除来源是“造价通”外。
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