Simplifying the Testing of Nanomaterial Electrical Performance Parameters with Digital Source Meter (SMU)
Materials Research
Specialized in semiconductor electrical testing
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纳米材料,定义为粒径在1-100纳米之间的一类超细材料,具有表面效应、小尺寸效应、宏观量子隧道效应等一些特殊物理化学性能。由于结构比表面积大，粒径小,表面原子比例高等特点,使得纳米材料在电学、热力学以及催化等多个方面具有独特的性能。按纳米的尺度在空间的表达特征,可分为零维纳米材料即纳米颗粒材料、一维纳米材料(如纳米线、棒、丝、管和纤维等)、二维纳米材料(如纳米膜、纳米盘、超晶格等)、纳米结构材料即纳米空间材料(如介孔材料等)。按纳米材料的不同功能以及应用,可分为纳米发电材料、纳米磁性材料、纳米催化材料、纳米智能材料、纳米吸波材料、纳米热敏材料等。
图1:纳米材料结构示意图
图2:纳米材料分类
在纳米材料的研发中,对材料从不同维度进行表征尤为重要,是评估材料性能、研发工艺等的关键环节。常见的纳米材料表征包括结构表征、成分分析、形貌表征、以及性能表征-光、电、磁、热、力等。纳米材料的电特性表征,即对制成的纳米材料或者器件,施加压力、温度、电压或者电流等激励源,测试样品在不同种类以及不同强度的激励下,其相关电性能参数,如电流(I)、电压(V)或者电阻(Ω)的变化情况,从而用于进一步分析纳米材料。
当电流垂直于外磁场通过纳米材料时，载流子发生偏转，垂直于电流和磁场的方向会产生附加电场，从而在半导体两端产生电势差，这一现象称为霍尔效应。霍尔效应测试常用的测试方法是范德堡法，并在测试时外加磁场。
图：霍尔效应测试系统架构
二维纳米材料（如石墨烯）电阻率测试是重要的测试项目，测试方法主要为四探针法与范德堡法。
对于规则圆形的材料样品，电阻率测试比较方便的方法是四探针法，四探针法优势在于分离电流和电压电极，消除布线及探针接触电阻的阻抗影响。范德堡法为更通用的四探针测量技术，对样品形状没有要求，且不需要测量样品所有尺寸。
图：四探针法测试系统架构
图：范德堡法测试系统架构
高温原位表征系统基于高精度数字源表，控制MEMS芯片在原位样品台内对样品构建精细热场自动调控及反馈测量系统，并结合透射电子显微镜（TEM）研究材料在不同热场条件下发生结构相变、形貌变化、物性变化以及电性变化等关键信息，是纳米材料结构表征科学最新颖、最有发展空间的表征技术之一。
图：原位TEM电性能表征
注：图片来源于“Phase and polarization modulation in two-dimensional In2Se3 via in situ transmission electron microscopy
纳米材料的典型应用及电性能测试方案
- 纳米电极材料应用及测试表征
- 双极板（BPP）材料应用及测试表征
- 纳米压敏陶瓷材料应用及电性能测试表征
- 纳米发电材料应用及测试表征
- 有机场效应晶体管应用及测试表征
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