GB/T 44076-2024
基本信息
标准号:
GB/T 44076-2024
中文名称:纳米技术 碳纳米管电学特性测试方法
标准类别:国家标准(GB)
英文名称:Nanotechnologies—Test methods for measurement of electrical properties of carbon nanotubes
标准状态:即将实施
发布日期:2024-05-28
实施日期:2024-12-01
出版语种:简体中文
下载格式:.pdf .zip
相关标签:
纳米技术
碳纳米管
特性
测试方法
标准分类号
标准ICS号:07.030;17.220.20
中标分类号:综合>>基础学科>>A42物理学与力学
关联标准
采标情况:IEC 62624:2009,MOD
出版信息
出版社:中国标准出版社
页数:24页
标准价格:43.0
相关单位信息
起草人:孔令涌、王远航、高洁、孙言、黄少真、宋志棠、翟永彪、夏洋、陈小刚、邱志平、金青青、裴现一男、陈心怡、李忻达、刘焕明、车晓东、肖坚、何萌、张淑琴、钟丽坤
起草单位:深圳市德方纳米科技股份有限公司、国家纳米科学中心、深圳市飞墨科技有限公司、中国科学院上海微系统与信息技术研究所、深圳大学、中国科学院微电子研究所、深圳市德方创域新能源科技有限公司、佛山巧鸾科技有限公司、深圳烯湾科技有限公司、中国计量大学
归口单位:全国纳米技术标准化技术委员会(SAC/TC 279)
提出单位:中国科学院
发布部门:国家市场监督管理总局 中国国家标准化管理委员会
标准简介
本文件描述了碳纳米管电学特性测试方法。
本文件适用于不同工艺路线制备的碳纳米管的电学特性测量。
标准内容
07.030;17.220.20
CCSA42
中华人民共和国国家标准
GB/T440762024
纳米技术
碳纳米管电学特性测试方法
NanotechnologiesTestmethodsformeasurement ofelectricalproperties of carbon nanotubes(IEC62624:2009,Testmethodsformeasurement of electricalpropertiesofcarbonnanotubes,MoD2024-05-28发布
国家市场监督管理总局
国家标准化管理委员会
2024-12-01实施
1范围
规范性引用文件
3术语、定义和缩略语
术语和定义
缩略语
电学特性通则bzxZ.net
测试仪器
探测系统
测量技术
重复性和报告样本量
测量的复现性
低噪声技术的应用
纳米管特性
单壁纳米管
多壁纳米管
电极制造方法
器件表征
架构设计
加工和制造方法
表征过程的指南
测量方法与报告,
报告要求
电导率、电阻率的测定和报告
载流子迁移率、电荷载流子密度的测定和报告非线性行为的确定和报告
环境条件报告
其他可报告的参数
参考文献
GB/T440762024
GB/T440762024
本文件按照GB/T1.1一2020《标准化工作导则第1部分:标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。
本文件修改采用IEC62624:2009(碳纳米管电学特性测试方法》.本文件与IEC62624:2009相比做了下述结构调整:第1章对应IEC62624:2009中的1.1:增加了第2章规范性引用文件:
一第3章对应IEC62624:2009中的第2章;—第4章对应IEC62624:2009中的1.3,其中4.5.3对应IEC62624:2009中的1.3,5.2和1.3.5.3;一第5章对应IEC62624:2009中的第3章:一第6章对应IEC62624:2009中的第4章:一第7章对应IEC62624:2009中的5.1、5.2和5.3.1;第8章对应IEC62624:2009中的5.3.2和5.4.其中8.5对应IEC62624:2009中的5.3.2.5和5.4参考文献对应IEC62624:2009中的附录A.本文件与IEC62624:2009的技术差异及其原因如下:删除了IEC62624:2009中1.2的“目的”,以符合GB/T1.1—2020的规定;-将IEC62624:2009中2.1引导语的第2句话改为注的形式(见3.1),以符合GB/T1.1—2020的规定:
更改了“碳纳米管”的定义(见3,1,1),使用最新的定义:删除了术语“激励端”“激励电压”“接地平台”“开尔文测量”“多壁碳纳米管”“测量端”“单壁碳纳米管”“转移特性”,因为本文件未使用或仅使用了一次这些术语;删除了缩略语“NIST”,因为本文件未使用该缩略语:增加了缩略语\EMI\和\RFP,因为本文件在4.6中使用了这两个缩略语(见3.2);将“100aA(10.14A)”更改为“1fA(10.15A)\、以符合前文表述逻辑(见4.1);删除了“美国国家标准与技术研究院(NIST)”,增加可操作性,提高本文件的适用性(见4.1):将“<”更改为“≤”.增加可操作性,提高本文件的适用性(见4.3.2)。本文件做了下列编辑性改动:
一为与现有标准协调,将标准名称改为《纳米技术碳纳米管电学特性测试方法》:—增加了条标题(见4.3.1.1、4.5.1、5.1和6.1);删除了资料性附录B,IEC62624:2009中的附录B不适用于本文件。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中国科学院提出。
本文件由全国纳采技术标准化技术委员会(SAC/TC279)归口。本文件起草单位:深圳市德方纳米科技股份有限公司、国家纳米科学中心、深圳市飞墨科技有限公司、中国科学院上海微系统与信息技术研究所、深圳大学、中国科学院微电子研究所、深圳市德方创域新能源科技有限公司、佛山巧弯科技有限公司、深圳烯湾科技有限公司、中国计量大学。本文件主要起草人:孔令涌、王远航、高洁、孙言、黄少真、宋志棠、翟永彪、夏洋、陈小刚、邱志平、金青青、裴现一男、陈心怡、李忻达、刘焕明、车晓东、肖坚、何萌、张淑琴、钟丽坤。GB/T440762024
本文件旨在提供碳纳米管(CNT)电学特性表征的推荐方法和报告要求。由于碳纳米管的性质,如果操作不当,会引入较大的测量误差。本文件描述了常见的测量误差来源,尤其是碳纳米管电学特性测量常用到的高阻抗测试,并给出了推荐的操作方法,以降低因测量方法不同而带来的影响。随着技术的发展,这些方法将有助于建立一个从研究到制造都可以使用的推荐性报告。为了使分析报告数据规范化,本文件还给出了报告要求,包括环境条件和样本量的描述,以便研究人员可恰当地评估结果。这些报告要求还支持结果的可重复性分析,以便更有效地确认新的发现。本文件旨在促进碳纳米管技术从实验室向产业化发展。标准化的表征方法和报告要求为信息的有效比较提供了一种手段,并为生产制造奠定了基础。N
1范围
纳米技术
碳纳米管电学特性测试方法
本文件描述了碳纳米管电学特性测试方法。本文件适用于不同工艺路线制备的碳纳米管的电学特性测量。规范性引用文件
本文件没有规范性引用文件。
3术语、定义和缩略语
3.1术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。注,对于本条中未定义的术语参考IEEE1003.1.1
碳纳米管
Fcarbonnanotube
由碳原子构成的纳米管。
注:通常是由卷曲的碳单层构成,包括单壁碳纳米管、双壁碳纳米管和多壁碳纳米管。[来源:GB/T30544.3—2015.4.3]3.1.2
chirality
分子结构不能与其镜像相重叠的特性。3.1.3
被测器件deviceundertest
连接到仪器上,用于评估特定物理特性(如电阻或I-V特性)的样品。3.1.4
environmentalcondition
环境条件
被测器件周围即时的真实或人造氛围条件。注,测量时尽可能接近被测器件,并以对测试环境影响最小的方式进行。3.2缩略语
下列缩略语适用于本文件。
AC:交流电(alternatingcurrent)AFM;原子力显微镜(atomicforcemicroscope)CNT:碳纳米管(carbonnanotube)CVD:化学气相沉积(chemicalvapordeposition)DC:直流(directcurrent)
DUT:被测器件(deviceundertest)GB/T44076—2024
GB/T440762024
EMI:电磁干扰(electromagneticinterference)FCMV:施加恒流,测量电压法(forcecurrent,measurevoltage)FVMC:施加恒压,测量电流法(forcevoltage,measurecurrent)ICs;集成电路(integratedcircuits)IEEE:电气与电子工程师协会(InstituteofElectricalandElectronicsEngincers)MS:测量系统(measurementsystem)MWNT;多壁纳米管(multi-wallnanotube)RFl射频千扰(radiofrequency
interference)
RH:相对湿度(relativehumidity)SEM:扫描电子显微镜(scanningelectronmicroscope)SMU:源测量单元(source-measureunit)STM,扫描隧道显微镜(scanningtunnelingmicroscope)SWNT:单壁纳米管(single-wallnanotube)TEM;透射电子显微镜(transmissionelectronmicroscope)4电学特性通则
4.1测试仪器
用于测试的电子器件测试系统应具备高于土0.1%的测量灵敏度(低于预期信号水平3个数量级或以上的最小灵敏度)。例如,通过CNT的最小电流能达到1pA(10-\A)或更小,则仪器的分辨力应为1fA(10-A)或更小。此外,由于在纳米尺度测量时会遇到多种阻抗,测试系统所有元件的输入阻抗应至少比器件的最高阻抗高出3个数量级。具有表征CNT材料和器件功能的商用半导体表征系统,通常具有100~102的输入阻抗值。本测试方法要求根据一组已知且恰当的标准样品对仪器进行校准。仪器校准可由仪器用户执行,前提是按仪器说明书进行校准,或者由仪器供应商提供校准服务。如果不对已知的CNT标准样品或器件进行校准,则应根据可溯源的方法对基本仪器操作(例如,电压、电流和电阻)进行校准。当仪器发生了移动或测试条件发生显著变化时(例如,温度变化大于10℃C,RH变化大于30%等情况),按仪器说明书对仪器重新校准。
4.2探测系统
选择能保障数据一致性,且能在不同实验室得到验证的探测系统。选择经证明适用于测试平台的探针。为了减少产生错误数据的可能性,宜遵循相关流程以确保探针不会被污染。探针应存放在没有污染物的环境中,在纳来管表征过程中应按照严格的流程进行处理,以减少污染4.3测量技术
4.3.1欧姆接触
4.3.1.1通则
测量时,CNT应处于欧姆接触状态。半导体行业中,欧姆接触是指金属与半导体之间,产生与施加电压无关的小电阻(这种电阻可用恒定电阻表示)的一种接触。要形成欧姆接触,应选择在界面处不形成势垒(或者势垒非常薄,电荷载流子2
能很容易穿透势垒)的金属和半导体材料。欧姆接触时流经接触点的电流与接触面的电压降之间存在线性关系。
GB/T44076—2024
当接触点之间的电势差与流经它的电流不成线性关系时,即存在非欧姆接触。非欧姆接触通常被称为整流接触或肖特基接触。由于非线性连接,低压电路中可出现非欧姆接触。4.3.1.2检查欧姆接触的建议方法改变电源和测量量程
4.3.1.2.1
当使用半导体表征系统验证欧姆接触时,改变电源和测量量程能检测到欧姆接触状态。正常情况会显示相同的读数,但相应的分辨力会更高或更低,这取决于仪器是处于上行刻度量程还是下行刻度量程。如果读数明显不同,则可表明处于非欧姆接触状态。注意,非线性行为可归因于器件本身。进行一次过零点的I-V扫描
4.3.1.2.2
当使用半导体表征系统验证欧姆接触时,进行一次过零点的I-V扫描是确定欧姆接触的快速测试方法。如果扫描响应过零点,则表示已实现欧姆接触。如果扫描响应没有过零点,则很可能处手非欧姆接触状态,此时显示为高电阻值。扫描响应可是指示开路状态和高电阻状态的水平线,也可是非线性且不过零点的响应,这也表示处于非欧姆接触状态。4.3.1.3减少非欧姆接触情况
选用与CNT匹配的接触材料(如钢或金)来减少非欧姆接触。选择能减少接触势垒的材料,一般通过匹配材料的功函数来实现。确保仪器上的恒流制输出电压足够高,以避免由于源接触而产生的非线性问题。采用屏蔽和适当的接地措施降低AC干扰,以减少由电压表非欧姆接触所产生的误差4.3.2低电阻测量(≤100kQ)
当I-V特性显示电阻不大于100k2时,宜使用四线(开尔文)连接方案的FCMV表征CNT和系统的电学特性。如图1所示,电流源提供的测试电流(1)通过一组测试导线流经一电阻(R),该电阻(R)上的电压(V)则由另一组导线连接的电压表测量。虽然小部分电流可流经电压表的导线(有时称为测试导线),但流经电压表的电流非常小(通常远小于1pA),在实际应用中通常忽略不计。由于测试导线两端的电压降忽略不计,因此测量单元测得的电压与电阻(R)上的电压基本相同。注意,电压测试导线宜尽可能靠近DUT,以避免测量结果包含测试导线的电阻。标序号说明
1电流源:
2电阻:
3—电压表。
图1低阻抗器件的FCMV配置
当SMU被配置为电流源时,如图2所示,SMU作为具有电压限制能力的高阻抗电流源,能测量电流或电压。限压电路将输出电压限制为编程值。对于电压测量,检测方式(近端或远端)决定了在何处3
GB/T440762024
进行测量。近端检测时,在SMU的“激励“端和“公共”端测量电压。远端检测时,使用“测量+“端和“测量一”端能直接测量DUT的电压。为了实现真正的四线(开尔文)测量,SMU宜配置为远端检测,这种检测方法消除了测试导线以及SMU或前置放大器与DUT之间连接出现的任何电压降。标引序号说明:
1——电流表:
2—恒流制输出电压;
3—电压表:
4—近端:
5—远端:
6-“激励”端
7——“公共”墙:
8—“测量+”端:
9—“测量一“端。
图2远端检测和近端检测配置
s高电阻测量(>100k)
当I-V特性显示电阻大于100k2时,采用FVMC(也称作“恒压法”)对CNT和系统进行电学特性测试。使用FVMC进行高电阻测量,需要一个能测量小电流的仪器(见4.1)和DC电压源。FVMC的基本配置如图3所示。
在此方法中,恒压电源(V)与未知电阻(R)和电流表(Im)串联。由于电流表两端的电压降忽略不计,因此实际上所有的电压都作用在R上。产生的电流由电流表测量,通过欧姆定律计算电阻,见公式(1) 。
高阻状态下电阻值可能与所施加电压相关,这使得FVMC优于FCAV。测试,能得到电阻与电压的关系曲线,也能确定“电阻的电压系数”。在不同电压下进行
当SMU配置为电压源时,SMU作为具有电流限制能力的低阻抗电压源,能测量电流或电压。限流电路将电流限制为编程值。检测电路用于持续监测输出电压,并根据需要对电压源进行调整,电压表可检测“激励\端和“公共”端(近端检测)或DUT(使用“测量+”端和“测量一”端的远端检测)的电压,并将其与已编程的电平进行比较。如果检测到的电平和编程值不致,则相应地调整电压源。远端检测消除了测试导线中电压降的影响,从而确保DUT上的电压与编程值一致。
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