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。

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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