Keithley 6200 系列超靈敏電流源

Keithley 6200 系列超靈敏電流源

直流電流源和6221交流/直流電流源是非常易于使用的超低電流噪聲電流源。低電流的產(chǎn)生在從許多研發(fā)到生產(chǎn)，尤其是在半導(dǎo)體、納米技術(shù)和超導(dǎo)行業(yè)方面的測(cè)試環(huán)境應(yīng)用非常重要。高準(zhǔn)確度的源和內(nèi)建控制功能使6220和6221成為霍爾測(cè)量、使用delta模式的電阻測(cè)量、脈沖測(cè)量和微分電導(dǎo)測(cè)量等應(yīng)用的理想選擇。對(duì)精密、低電流源的需求。對(duì)當(dāng)今小型和高功率效率電子器件的測(cè)試和特性分析需要輸出低電平電流，這需要采用精密的低電流源。較低的激勵(lì)電流在器件兩端產(chǎn)生較低（因而更難測(cè)量）的電壓。將6220或6221與2182A納伏表組合可以妥善地處理這兩方面的挑戰(zhàn)。

交流電流源和電流源波形發(fā)生器。6221是市面上唯——款低電流交流電流源。在推出6221之前，研究人員和工程師不得不自己搭建交流電流源。這款經(jīng)濟(jì)有效的源在準(zhǔn)確度、一致性、可靠性和魯棒性方面比“自制"方案更好。6221也是市面有售的電流源波形發(fā)生器，它能極大地簡(jiǎn)化創(chuàng)建和輸出復(fù)雜波形。編程簡(jiǎn)單。這兩款電流源可以從前面板控件或從外部控制器通過(guò)RS-232或GPIB接口進(jìn)行編程；6221還具有以太網(wǎng)接口，可以通過(guò)任何以太網(wǎng)連接進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。這兩款儀器能輸出100fA～105mA的直流電流；6221還能輸出4pA～210mA峰峰值的交流電流。這兩款電流源能以10mV步長(zhǎng)設(shè)置0.1V～105V的輸出電壓。大電壓（電流源輸出電流時(shí)能達(dá)到的電壓極限）的重要性在于應(yīng)用中過(guò)壓可能損壞被測(cè)器件（DUT）。直接替換220型電流源。6220和6221構(gòu)建在吉時(shí)利很受歡迎的220型可編程電流源之上；在現(xiàn)有應(yīng)用中，6220/6221替換220型就能很容易地實(shí)現(xiàn)220型的仿真模式，無(wú)需重寫(xiě)控制代碼。

容易設(shè)定和執(zhí)行電流掃描。6220和6221都提供設(shè)定電流斜波的工具，并且通過(guò)使用觸發(fā)器或定時(shí)器以步進(jìn)式輸出多達(dá)65,536種輸出值的預(yù)定義序列。這兩款電流源都支持線性、對(duì)數(shù)和自定義方式掃描。

Keithley 6200 系列超靈敏電流源結(jié)合了高分辨率電流源和兆赫茲的更新速率，因而它以高保真度模擬的電流信號(hào)與模擬電流斜波很難分辨。

免費(fèi)的儀器控制實(shí)例啟動(dòng)軟件電流源的儀器控制實(shí)例軟件簡(jiǎn)化了采用吉時(shí)利2182A執(zhí)行基本電流源任務(wù)以及調(diào)整復(fù)雜的測(cè)量功能。這款在LabVIEW編程環(huán)境中開(kāi)發(fā)的軟件包含一份進(jìn)階測(cè)量指南，這有助于用戶設(shè)置儀器和正確連接，以及設(shè)置基本電流源功能。此軟件包具有支持delta模式、微分電導(dǎo)和脈沖模式測(cè)量等前進(jìn)工具。使用此軟件包，用戶能打印用于任何預(yù)編程函數(shù)的儀器指令，它提供在定制應(yīng)用中包含這些函數(shù)的起點(diǎn)。

微分電導(dǎo)

微分電導(dǎo)測(cè)量是非線性隧道器件和低溫器件最重要和最關(guān)鍵的測(cè)量之一。數(shù)學(xué)上的微分電導(dǎo)是器件I-V曲線的導(dǎo)數(shù)。6220或6221與2182A納伏表的結(jié)合使用是業(yè)內(nèi)最完

整的微分電導(dǎo)測(cè)量方案。這些儀器組合也是快的方案：比其它可選方法的速度快10倍而且噪聲低很多。在一次測(cè)量中就能獲取數(shù)據(jù)，無(wú)需經(jīng)過(guò)通過(guò)多次掃描再將結(jié)果進(jìn)

行平均，這既耗時(shí)又容易產(chǎn)生誤差。而且，622X和2182A簡(jiǎn)單易用，因?yàn)樗鼈兊慕M合可以作為單臺(tái)測(cè)量?jī)x器使用。它們簡(jiǎn)單的連接消除了其它方案很難處理的隔離和噪聲電

流問(wèn)題.

Delta模式

最初，吉時(shí)利為電壓和電阻低噪聲測(cè)量開(kāi)發(fā)的delta模式法需要將2182納伏表和可觸發(fā)外部電流源結(jié)合使用。實(shí)際上，delta模式能自動(dòng)觸發(fā)電流源使信號(hào)極性交替變化，然后在每個(gè)極性上觸發(fā)納伏表讀數(shù)。此電流反向法消除了任何恒定的熱電失調(diào)，從而確保測(cè)量結(jié)果反映了真實(shí)的電壓值。

同樣地，這種基本方法已在622X和2182A的delta模式中采用，但是此方法在實(shí)現(xiàn)中已被極大地增強(qiáng)和簡(jiǎn)化。現(xiàn)在，此方法消除了隨時(shí)間漂移的熱電失調(diào)，只用以前方法的一半時(shí)間就能產(chǎn)生結(jié)果，而且允許電流源控制和設(shè)置納伏表，因而僅需兩次按鈕便能完成測(cè)量設(shè)置。改進(jìn)的熱電失調(diào)消除和較高的讀速率可將測(cè)量噪聲降低至1nV。

Delta模式能準(zhǔn)確測(cè)量低電壓和小電阻。將622X和2182A正確連接后，用戶只用按下電流源的Delta按鈕，再按下Trigger按鈕，就能啟動(dòng)測(cè)試。622X和2182A能無(wú)縫地配合工作并能通過(guò)GPIB接口（6221的GPIB或以太網(wǎng)接口）進(jìn)行控制。622X提供免費(fèi)的控制軟件實(shí)例，包括“帶領(lǐng)"用戶完成delta模式設(shè)置過(guò)程的指南。

脈沖測(cè)試

即使測(cè)量過(guò)程本身引入的少量熱量也會(huì)提升DUT的溫度，從而使測(cè)試結(jié)果偏移或甚至損壞器件。通過(guò)在脈沖測(cè)量過(guò)程中為提供用戶設(shè)置的脈沖電流幅度、脈沖間隔、脈沖寬度和其它脈沖參數(shù)等大靈活性，6221的脈沖測(cè)量功能使DUT的功耗降至很低。

6221憑借全量程微秒級(jí)上升時(shí)間使短脈沖（因而降低了熱耗散）成為可能。6221/2182A組合使脈沖和測(cè)量同步——可以在6221施加脈沖后16μs立即開(kāi)始測(cè)量。包括完整的納伏級(jí)電壓測(cè)量在內(nèi)的整個(gè)脈沖寬度可僅為50μs。6221和2182A之間的工頻同步消除了電力線相關(guān)的噪聲。

標(biāo)準(zhǔn)波形和任意波形發(fā)生器

6221是市面上一款低電流電流源波形發(fā)生器。它能設(shè)置產(chǎn)生基本波形（正弦波、方波、三角波和斜波）并且用支持逐點(diǎn)定義波形的任意波形發(fā)生器（ARB）來(lái)定制形。它能以10兆次采樣/秒的輸出更新速率產(chǎn)生1mHz～100kHz頻率范圍的波形。

性能優(yōu)于交流電阻橋和鎖定放大器

相對(duì)交流電阻器橋和鎖定放大器而言，622X/2182A組合具有許多優(yōu)點(diǎn)，包括噪聲低、輸出的電流更小、測(cè)量的電壓更小、到DUT的功耗更小而且成本低。而且，無(wú)需電流前置放大器。

6220和6221與自制電流源比較

許多需要電流源的研究人員和工程師嘗試用電壓源和串聯(lián)電阻器來(lái)湊合。這是需要交流電流時(shí)的常用方法。這是由于在6220/6221推出之前市面上沒(méi)有交流電流源出售。然而，自制的電流源與真電流源相比有許多缺點(diǎn)：

• 自制電流源沒(méi)有大電壓。您可能想確定在您自制的“電流源"端子上的電壓永遠(yuǎn)不超過(guò)某個(gè)界限（例如，就許多光電器件來(lái)說(shuō)是1～2V）。實(shí)現(xiàn)這個(gè)最直接方法是將電壓源降至那個(gè)電壓界限。這需要降低串聯(lián)電阻以獲得所需的電流。如果您想設(shè)置不同的電流，就必須改變電阻器的同時(shí)電壓保持不變！另一種可能的辦法是給DUT并聯(lián)一個(gè)保護(hù)電路。這些操作沒(méi)有精密的電壓控制并且總是用作并聯(lián)器件，因而“盜"了一部分流向DUT的設(shè)置電流。

• 自制電流源的輸出不可預(yù)測(cè)。使用由電壓源和串聯(lián)電阻器制成的自制“電流源"，DUT的阻抗構(gòu)成分壓器。如果DUT電阻是可預(yù)測(cè)的，那么就能知道電流，但如果DUT電阻像大多數(shù)器件那樣未知或變化，那么電流不再簡(jiǎn)單地是施加電壓的函數(shù)。讓電流源可預(yù)測(cè)的方法是使用很高的電阻值的串聯(lián)電阻器（并且相應(yīng)地采用高壓電壓源），這與所需的大電壓恰好矛盾。雖然可以知道（如果不能控制）來(lái)自這種不可預(yù)測(cè)電流源的實(shí)際電流，但是也需要付出代價(jià)。這可以補(bǔ)充測(cè)量電流（例如用電壓表測(cè)量串聯(lián)電阻器的壓降）來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種測(cè)量能被用作反饋以改變電壓源或簡(jiǎn)單地記錄下來(lái)。無(wú)論是哪種方法，它都需要附加的設(shè)備，這進(jìn)一步增加了復(fù)雜度或誤差。更糟的是，如果自制電流源采用大串聯(lián)電阻進(jìn)行一般預(yù)測(cè)，那么此回讀需要用靜電計(jì)以確保準(zhǔn)確度。