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利用数字源表(SMU)简化纳米材料电性能参数测试

来源:admin 时间:2022-12-05 18:58 浏览量:1490

概述

        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。


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图1:纳米材料结构示意图

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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。


  • 霍尔效应测试

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。

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图:霍尔效应测试系统架构

  • 电阻率测试

        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。

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图:四探针法测试系统架构


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图:范德堡法测试系统架构


  • 纳米材料高温原位表征技术

  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。

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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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