碳納米管和低功耗納米器件電氣特征分析的技巧

       目前看來(lái)，碳納米管的潛在用途是無(wú)窮無(wú)盡的，僅在半導體行業(yè)就存在著(zhù)大量的潛在應用。研究人員已經(jīng)成功將碳納米管用于FET開(kāi)關(guān)、消費電子存儲器，以及下一代電視機的場(chǎng)發(fā)射顯示器中。研究人員還在嘗試在傳感器應用中利用碳納米管來(lái)探測分子顆粒，支持某些國家安全類(lèi)的應用。此外，人們還在努力探索在數字邏輯中使用碳納米管。

       對于碳納米管和其它一些低功耗納米器件，從事半導體和納米技術(shù)研究的人們一直面臨著(zhù)諸多挑戰。其中一大挑戰就是，無(wú)論對于當前一代半導體器件，還是對于下一代納米電子器件，對極其微小的電路單元進(jìn)行電氣特征分析都是很困難的。第二大挑戰是，當功耗限制變得非常關(guān)鍵時(shí)，如何對下一代納米器件進(jìn)行特征分析。隨著(zhù)器件和元件的特征尺寸縮小到納米級，研究人員不得不限制用于特征分析的電信號強度。

       最后，對納米器件進(jìn)行探測始終是一大挑戰。隨著(zhù)晶體管柵極特征尺寸小于90nm以及間距大小不斷縮減，大多數探測系統的最小探測點(diǎn)尺寸卻仍然保持在50微米左右。這一局限性在很大程度上導致探針移動(dòng)和針尖尺寸不準確。必須采用具有納米級移動(dòng)精度并且電流測量精度高于1pA的新探測工具（如圖1所示）才能解決這個(gè)問(wèn)題。

       本文將著(zhù)重介紹對碳納米管、低功耗器件進(jìn)行特征分析的測量技術(shù)，以及克服各種測量誤差的方法。

方法和技術(shù)

       消費者總是傾向于速度更快、功能更強、尺寸更小巧的電子產(chǎn)品。由于電子產(chǎn)品的尺寸必須做得較小，因此其中元件的功耗也是受限的。這樣一來(lái)，當對這些元件進(jìn)行電氣特征分析時(shí)，必須采用較弱的測試信號，防止將元件擊穿或者造成其他損壞。
當對納米器件進(jìn)行電流-電壓（I-V）特征分析時(shí)，由于必須采用很小的電流控制功耗或者減小焦耳熱效應，因此必須要測量很小的電壓。所以，無(wú)論對于器件I-V特征分析，還是非導電材料與元件的電阻測量，低電壓測量技術(shù)都是至關(guān)重要的。對于研究人員和電子行業(yè)的測試工程師而言，這種功耗限制增大了對先進(jìn)器件與材料以及新一代器件進(jìn)行特征分析的挑戰。

       與常規尺寸和微米級元件與材料的I-V曲線(xiàn)生成不同的是，對碳納米管和納米器件進(jìn)行測量需要特殊的技巧和技術(shù)。在進(jìn)行常規I-V曲線(xiàn)特征分析時(shí)，通常采用兩點(diǎn)式電測量方法。這種方法的問(wèn)題是，所測得的電壓不僅包含待測器件上的電壓，還包
含測試引線(xiàn)和接觸點(diǎn)上的電壓。如果要測量某個(gè)器件的電阻，那么當電阻大于幾個(gè)歐姆時(shí)采用普通歐姆表進(jìn)行測量引入的電阻通常不會(huì )造成問(wèn)題。但是，如果要測量導電的納米材料或元件上的低電阻時(shí)，采用兩點(diǎn)測量法就很難獲得準確的結果。如果I-V特征分析或者電阻測量中涉及低電壓或者低電阻，例如對于分子導線(xiàn)、半導納米線(xiàn)和碳納米管，那么最好采用基于探針臺的四線(xiàn)（即開(kāi)爾文）測量法，可以得到更精確的結果。

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