IV測量誤差源及減小誤差的方法

    確定了電流偏移、漏流及所有不穩定性后，采取措施減小測量誤差將有助于提高測量準確度。這些誤差源包括建立時間不足、靜電干擾、漏泄電流、摩擦效應、壓電效應、污染、濕度、接地環路，以及源阻抗。圖5中匯總了本節討論的部分電流的幅值。

圖5.產生電流的典型幅值

    建立時間和定時菜單設置

    測量電路的建立時間在測量小電流和高電阻時尤其重要。建立時間是指施加或改變電流或電壓后測量達到穩定的時間。影響測量電路建立時間的因素包括并聯電容(CSHUNT)和源電阻(RS)。并聯電容是由于連接電纜、測試夾具、開關和探針造成的。DUT的源電阻越高，建立時間越長。圖6的測量電路中標出了并聯電容和源電阻。

圖6.包含CSHUNT和RS的SMU測量電路

    建立時間是RC時間常數τ的結果，其中：

    τ=RSCSHUNT

    以下為計算建立時間的一個例子，假設CSHUNT=10pF，RS=1TΩ，那么：

    τ=10pF×1TΩ=10s

    因此，讀數穩定至最終值的1%所需的建立時間為τ的5倍，也就是50秒。圖7所示為RC電路的階躍電壓指數響應。經過一個時間常數(τ=RC)后，電壓上升至最終值的63%。

圖7.RC電路的階躍電壓指數響應

    為了成功測量小電流，重要的是每次測量留有足夠的時間，尤其是掃描電壓時。對于掃描模式，可在“SweepDelay”(掃描延遲)域的“Timing”(定時)菜單中添加建立時間;對于采樣模式，則在“Intervaltime”域內。為了確定需要增加多長間隔時間，通過繪制電流-時間圖，測量DUT穩定至某個階躍電壓的建立時間。階躍電壓應該是DUT實際測量中使用的偏執電壓。可利用LowCurrent項目中的ITM測量建立時間。應適當增加“Timing”(定時)菜單中的“#Samples”，以確保穩定后的讀數顯示在圖形中。在測量小電流時，采用“QuietSpeedMode”或在“Timing”菜單中增加額外濾波。請注意，這是噪聲和速度之間的平衡。濾波和延遲越大，噪聲越小，但是測量速度也越小。

    V電磁干擾和屏蔽

    當帶電物體接近被測電路時，會發生靜電耦合或干擾。低阻抗時，由于電荷消失很快，所以干擾的影響不明顯。然而，高電阻材料不會使電荷快速衰減，則會造成測量不穩定、噪聲很大。通常情況下，當被測電流≤1nA或者被測電阻≥1GΩ時，靜電干擾就會成為問題。

    為了減小靜電場影響，被測電路可被密封在一個靜電屏內。圖8所示為非屏蔽和屏蔽測量一個100GΩ電阻之間的巨大差異。非屏蔽測量比屏蔽測量時的噪聲要大得多。

圖8.100GΩ電阻的屏蔽和非屏蔽測量的比較

    屏蔽可以僅僅是一個將測試電路包圍起來的簡單金屬盒或金屬網。商業探針臺往往將敏感電路密封在一個靜電屏蔽內。屏蔽被連接至測量電路LO端子，該端子不一定接地。對于4200-SCS來說，屏蔽連接至ForceLO端子，如圖9所示。

圖9.屏蔽高阻器件

    采取以下步驟將靜電耦合導致誤的差電流降至最小：

    ?屏蔽DUT，并將屏蔽層在電氣上連接至測試電路公共端——4200-SCS的ForceLO端子。

    ?使所有帶電物體(包括人員)和導體遠離電路的敏感區域。

    ?測試區域附近避免移動和振動。

    VI漏流和保護I

    漏流是施加電壓時通過(泄露)電阻的誤差電流。當DUT的阻抗與測試電路中絕緣體的阻抗相當時，該誤差電流就會成為問題。為減小漏流，在測試電流中采用高質量的絕緣體、降低測試實驗室的濕度，并采用保護。

    保護是由一個低阻源驅動的導體，其輸出為或接近高阻端子的電勢。保護端子用于保護測試夾具和電纜絕緣電阻和電容。保護是三軸連接器/電纜的芯屏蔽，如圖10所示。

圖10.4200三軸連接器/電纜的導體

    請勿混淆保護和屏蔽。屏蔽通常意味著采用金屬護欄防止靜電干擾影響高阻電路。保護則意味著使用增加的低阻導體，將其維持在于高阻電路相同的電勢，它將攔截任何干擾電壓或電流。保護不一定提供屏蔽。下圖

    為保護的兩個例子：1)利用保護降低測試夾具導致的漏流，而2)則利用保護降低由于電纜連接產生的漏流。

    圖11所示為保護消除可能會通過測試夾具內隔離絕緣體的原理。在圖11a中，漏流(IL)通過隔離絕緣體(RL)。該漏流增加至來自于DUT(IDUT)，然后被SMU安培計測得(IM)，對小電流測量的準確度造成不利影響。

圖11.利用保護減小測試夾具中的漏流

    在圖11b中，金屬安裝板被連接至SMU的保護端子。隔離絕緣體頂部和底部的電壓接近相同電勢(0V壓降)，所以在隔離絕緣體中就不會有漏流影響測量準確度。由于金屬安裝板將處于保護電勢，所以為安全起見，金屬屏蔽必須連接至地。