吉時利6220/6221型直流電流源主要特性及應(yīng)用

　　微分電導(dǎo)測量是非線性隧道器件和低溫器件最重要和最關(guān)鍵的測量之一。而數(shù)學(xué)上的微分電導(dǎo)是器件I-M曲線的導(dǎo)數(shù)。KEITHLEY吉時利6220或6221與2182A納伏表的使用組合是業(yè)內(nèi)最完整的微分電導(dǎo)測量方案。這些儀器組合也是速度最快的方案：比其它可選方案的速度快10倍而且噪聲低得多。該組合能在一次測量中獲取數(shù)據(jù)，無需對多次掃描的結(jié)果進行平均一一既耗時又容易產(chǎn)生誤差。而且，622x和2182A簡單易用，因為它們的組合可以當(dāng)做單機使用。它們的連接很簡單，解決了其它方案難l以處理的隔離和噪聲電流問題。

　　主要特點

　　◆低電流量程： 2nA~100mA(滿量程)。

　　◆極低的電流噪聲：400fA峰峰值。

　　◆內(nèi)置RS-232，GPIB，Trigger Link, 數(shù)字I/0接口和以太網(wǎng)接口(僅6221)。

　　◆Tri ax輸出接頭可由用戶設(shè)定，方便與帶防護功能的儀器配合。

　　◆仿真早期的220型電流源的程控命令，對已有應(yīng)用不需重寫程序代碼。

　　◆通用的示例程序。

　　KEITHLEY吉時利6221獨有特點

　　●交流電流量程: 10pA~100mA。

　　●脈沖寬度最短可至5μs。

　　●頻率范圍: 1mHz~100kHz。

　　●內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn)波形和任意波形發(fā)生器。

　　和2182A結(jié)合測量電阻

　　★電阻測量范圍: 10nQ ~100MQ。

　　★微分電導(dǎo)測量:測量速度是其他測量方案的10倍， 并且噪聲很低。

　　★脈沖模式(僅6221): 脈沖寬度短至50μ s。

　　★配置簡單，使用方便(只需按兩個按鈕)。

　　主要應(yīng)用領(lǐng)域

　　基于以上特點，6220/6221非常適合以下需要精密直流電流激勵和微弱電壓信號測量的場景：

　　1. 材料電阻率測量(低阻到中阻)

　　這是最經(jīng)典的應(yīng)用。通過向材料樣品(如金屬、合金、半導(dǎo)體晶圓、導(dǎo)電薄膜等)注入已知的精確電流(I)，并測量樣品兩端產(chǎn)生的電壓降(V)，利用歐姆定律(R = V/I) 計算出電阻(R)，再根據(jù)樣品的幾何尺寸計算出電阻率(ρ)。

　　其Delta模式可以完美消除測量回路中由不同金屬連接點(如探針)產(chǎn)生的熱電動勢，這是獲得準(zhǔn)確數(shù)據(jù)的關(guān)鍵。

　　典型配置：6220(電流源) + 2182A(納伏表) + 一套四探針或范德堡法測試夾具。

　　2. 半導(dǎo)體器件特性分析

　　用于表征各種半導(dǎo)體器件的電氣性能。

　　二極管：提供掃描電流，測量正向壓降(Vf)，繪制I-V曲線，分析導(dǎo)通特性、理想因子等。

　　晶體管(BJT/FET)：作為精密電流源，用于：

　　BJT：提供基極電流(Ib)，測量集電極-發(fā)射極電壓，輸出特性曲線。

　　FET：提供柵極電壓(通常需要配合電壓源)，6220作為漏極電流源，測量漏源電壓，繪制輸出及傳輸特性曲線。

　　太陽能電池(PV Cell)：模擬不同光照條件下的電流輸出，用于精確測量太陽能電池的I-V曲線、最大功率點(MPP)、開路電壓(Voc)和短路電流(Isc)。

　　3. 超導(dǎo)材料研究

　　超導(dǎo)材料的電阻在臨界溫度以下為零。驗證這個“零電阻”需要極其精密的測量。

　　應(yīng)用：向超導(dǎo)樣品注入電流，并使用納伏表檢測其兩端的電壓是否嚴(yán)格為零。6220的高精度和低噪聲對于分辨這種無限接近于零的電阻至關(guān)重要。

　　4. 傳感器特性測試

　　許多傳感器(如霍爾效應(yīng)傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器)的工作機制涉及電流激勵和電壓輸出。

　　霍爾效應(yīng)測量：向霍爾片通入恒定電流(I_C)，在施加磁場的情況下，測量產(chǎn)生的霍爾電壓(V_H)。6220能提供穩(wěn)定不變的控制電流，是獲得準(zhǔn)確霍爾系數(shù)的前提。

　　RTD(電阻溫度探測器)測試：提供恒定的激勵電流，通過測量RTD的電阻變化來反推溫度。電流必須非常穩(wěn)定且已知，才能保證溫度讀數(shù)的準(zhǔn)確性。

　　5. 納米技術(shù)和器件測試

　　在納米線、石墨烯、碳納米管等低維材料的研究中，器件的尺寸極小，產(chǎn)生的信號極其微弱。

　　應(yīng)用：需要6220這樣能提供nA甚至pA級微小電流的源，以避免過大電流燒毀樣品，同時又能精確地測量出微小的電壓響應(yīng)。