原创 纳米电测量的实例分析II

为了对这里所示的三种示例进行I－V特性测试，我们建议使用各种不同的商用I－V特性测试工具。有些源－测量一体单元还可以更低的成本提供相同的测试功能，从而提供了一个紧凑的、单通道的DC参数测试仪[1]的功能度。

半导体纳米线被视为一种实现纳米电子元器件[2]（如晶体管或者逻辑门）间互联的方法，目前的研究是针对硅、砷化镓、氮化镓及其他3－5族材料进行的。研究者们需要了解，若要让这些线实用化，其电阻率、总体的均匀性、可靠性和电流承载能力究竟如何。因为这些器件非常微小，测量必须在很弱的电流下进行，这就要求设备能输出和测量低至nA水平的电流信号。在这样弱的电流上进行电阻测量，就需要同时采用低压测量仪器，并用一个4线方法[3]来剔除测量系统的引线电阻。输出微小的电流也减少了线上的I²R以及对其造成损害的可能性。

针对纳米互联用的聚合物的研究工作也很可观。因为这些一般是高阻性的材料，它们的电阻往往通过输出电压信号和测量相应的电流来测量，这样的电流可能处于fA范围。要保证精度，就必须注意降低和消除测试系统中的任何过大的电流，例如由摩擦起电效应[4]、电化学效应[5]、电缆连接以及静电电荷所造成的噪声。

为了保护纳米级样品不受静电放电的损伤，可以使用一个由板状金属或者网格制作的法拉第笼。在一个封闭的、空心的导体中的电场为零，故放入其中的物体将被屏蔽，免受任何大气中的或者杂散的电场的影响。

现在的许多仪器还可以提供必备的电阻测量功能。对于小电阻测量而言，具有nV计的、可以提供电流信号并测量低电压的源－测量一体单元是适当的设备。对于高电阻测量，建议采用静电计和fA以下的信号源－测量一体单元。最新的I－V特性测量工具常常能同时测量低和高电阻，当努力通过添加更多的导电材料，如碳纳米管，来提升高阻材料[6]的电导率时，这就显得极为有利。

说到材料，许多纳米科学的研究者正在创制专用纸张或者薄膜类材料，他们需要理解这些研究对象的表面和体电阻率与电导率特性。同样的，弱电流和高电阻常常是待测的特性。这些测量需要采用针对扁平材料测量而设计的专用测试夹具。

测量电阻，然后考虑到几何尺寸等因素，就可以将其转换为表面或者体电阻率，就可以确定材料电阻率参数。测量绝缘材料的电阻的最佳方式，是向样品施加一个已知的电势，并用静电计或者pA计来测量相应的电流。

体电阻率用于衡量直接流过一个材料的漏电流。它定义为穿过一个一立方厘米绝缘材料的电阻，单位是欧姆·厘米。在测量体电阻率时，测试样品被置于两个电极之间，在两个电极间施加一个电势差。所产生的电流分布将穿透整个测试样品的体积，并被一个pA计测量出来。

表面电阻定义为一个绝缘体的表面的电阻，以欧姆为单位（往往被称为欧姆/方块）。它的测量方法是，在测试样品的表面上放置两个电极，在电极间施加电势差[7]，并测量相应的电流。