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纳米电丈量的实例剖析I

碳纳米管的特性使得它们成为一种出色的电子元件材料[1]。图6示出了FET结构所使用的碳纳米管[2]。为了发现器件的I-V特性曲线[3],建议采用…

碳纳米管的特性使得它们成为一种超卓的电子元件资料[1]。图6示出了FET结构所运用的碳纳米管[2]。为了发现器材的I-V特性曲线[3],主张选用有弱电流丈量[4]功用的仪器。一种可用的典型仪器是信号源-丈量一体化单元(SMU),它能够输出电压或电流信号,并分别对电流或许电压呼应进行丈量。让一个SMU对电压进行扫描,并用另一个SMU来操控源-漏电压,则能够丈量出源-漏电流。请注意待测电流巨细处于nA规模。关于大多数丈量仪器而言,这往往是一个垂手可得能完成的使命,并且噪声也不成其为问题,但正如前面所评论的那样,存在一个潜在的差错源。


图6:碳纳米管的特性使得它们成为一种超卓的电子元件资料,正如图中所示的FET结构[5]。为了获取器材的I-V特性曲线[6],主张选用具有低电流丈量功用的仪器。

电子元件的自拼装代表了电子制作范畴的一个新的范式,导致了分子二极管[7]、开关或许存储器的研制。这些器材运用数百nA的电流,其丈量是可行的,但是在某些特定情况下,待测电流处于数百pA的规模,这就要求丈量作业更为慎重。

单电子晶体管是一种新式的开关器材,它使用受控的电子隧穿效应来扩大电流。其间一个金属电极上的电子行进到另一个电极上的仅有途径便是经过绝缘体的隧穿电流。由于隧穿是一个分立的进程,穿过地道结的电荷是e(单个电子的电荷)的倍数。当栅极电压设置为零时,只会呈现很小的隧穿。与隧穿相反的效应被称为库仑堵塞。栅%&&&&&%上的电荷能够设置为电子电荷的非整数倍,由于在金属中输运的电荷是接连的。这种由电压操控的电流行为使得SET的作业十分类似于一个FET,不过是在小得多的尺度上完成的。

由于SET的行为特性的原因,并且也由于仅触及单个电子的运动,电流的丈量值很小。跟着栅电压从至少-5mV扫描至+5mV,电流水平上呈现了截然分立的步进(库仑台阶)。这些电流的丈量值都处在pA的规模上。

明显,该使用需求对弱电流的灵敏才能,并且乃至需求很低的、具有mV分辨率的电压信号输出才能。当栅压以极低的电压步进在必定的规模上(很简单到达-100mV~+100mV)扫描,这一要求就意味着需求供给很大的数据存储容量,以便能捕捉到I-V特性曲线上的多个点。20,000个点以上的存储要求并非不可能。

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