吉時(shí)利 Keithley6220和吉時(shí)利 Keithley6221的特點(diǎn):

• 源和阱（可編程負(fù)載）100fA～ 100mA
• 1014Ω輸出阻抗確保能為各種負(fù) 載提供穩(wěn)定的電流源
• 65000點(diǎn)源存儲容量允許直接從 電流源執(zhí)行全面測試電流掃描
• 內(nèi)建RS-232、GPIB、觸發(fā)鏈路和 數(shù)字I/O接口
• 可重配置三同軸輸出，便于帶防 護(hù)功能的應(yīng)用需求
• 220型仿真模式無需對現(xiàn)有應(yīng)用 重新編程

吉時(shí)利 Keithley6221特點(diǎn):

• 4pA～210mA峰峰值交流電流源， 用于元件和材料的交流特性分 析。6221的10MHz輸出更新速率 能夠產(chǎn)生100kHz的光滑正弦波
• 內(nèi)建1mHz～100kHz頻率范圍的標(biāo) 準(zhǔn)波形和任意波形。應(yīng)用領(lǐng)域包 括復(fù)雜可編程負(fù)載或傳感器信號 以及噪聲仿真
• 短至5μs的可編程脈寬，能夠 限制專用元件的功耗。當(dāng)配合 2182A納伏表使用時(shí)，能測量最 窄50μs的脈沖I-V
• 內(nèi)置以太網(wǎng)接口，無需GPIB控制 卡即可輕松實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制

• 納米技術(shù)
  -微分電導(dǎo)
  -脈沖式信號源與電阻
• 光電應(yīng)用
  -脈沖式I-V
• 替換交流電阻橋（當(dāng)結(jié)合2182A使用時(shí)）
  -低功率電阻測量
• 替換鎖定放大器（當(dāng)結(jié)合2182A使用時(shí)）
  -低噪聲電阻測量

對精密、低電流源的需求。對當(dāng)今小型和高功率效率電子器件的測試和特性分 析需要輸出低電平電流，這需要采用精密的低電流源。較低的激勵電流在器件兩端 產(chǎn)生較低（因而更難測量）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，它能極大地簡化創(chuàng)建和輸出復(fù)雜波形。

編程簡單。這兩款電流源可以從前面板控件或從外部控制器通過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步長設(shè)置 0.1V～105V的輸出電壓。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 中過壓可能損壞被測器件（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，用6220/6221替換220型就能很 容易地實(shí)現(xiàn)220型的仿真模式，無需重寫控制 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 數(shù)和自定義方式掃描。

吉時(shí)利 Keithley6221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 信號與模擬電流斜波很難分辨。

免費(fèi)的儀器控制實(shí)例啟動軟件

電流源的儀器控制實(shí)例軟件簡化了采用吉時(shí)利2182A執(zhí)行基本電流源任務(wù)以及調(diào) 整復(fù)雜的測量功能。這款在LabVIEW編程環(huán)境中開發(fā)的軟件包含一份進(jìn)階測量指南， 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)和脈沖模式測量等工具。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。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)測量方案。這些儀器組合也是的方案：比其它可選方法的速度快10 倍而且噪聲低很多。在一次測量中就能獲取數(shù)據(jù)，無需經(jīng)過通過多次掃描再將結(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簡單易用，因?yàn)樗鼈兊慕M合可 以作為單臺測量儀器使用。它們簡單的連接消除了其它方案很難處理的隔離和噪聲電 流問題。

圖1. 運(yùn)行、分析和顯示微分電導(dǎo)測量。

Delta模式

最初，吉時(shí)利為電壓和電阻低噪聲測量開發(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模式能自動觸發(fā)電流源使信號極性交替變 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)和簡化?，F(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量噪聲降低至1n

圖2. Delta模式提供1000:1噪聲衰減

Delta模式能準(zhǔn)確測量低電壓和小電阻。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，就能啟動測試。622X和2182A能 無縫地配合工作并能通過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)置過程的指南。

脈沖測試

即使測量過程本身引入的少量熱量也會提升DUT的溫度，從而使測試結(jié)果偏 移或甚至損壞器件。通過在脈沖測量過程中為提供用戶設(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)等靈活性，6221的脈沖測量功能使 DUT的功耗降至。

6221憑借全量程微秒級上升時(shí)間使短脈沖（因而降低了熱耗散）成為可 能。6221/2182A組合使脈沖和測量同步——可以在6221施加脈沖后16μs立即開 始測量。包括完整的納伏級電壓測量在內(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

吉時(shí)利 Keithley6221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）來定制波形。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、測量的電壓更小、到DUT的功耗更小而且成本低。而 且，無需電流前置放大器。

6221還能在已經(jīng)采用鎖定放大器 的應(yīng)用中，擴(kuò)展鎖定放大器的功能。 例如，它能清潔信號并且其輸出同步 信號使其成為鎖定應(yīng)用（例如測量器 件的第二和第三諧波響應(yīng)）的理想輸 出源。

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 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)：

• 自制電流源沒有電壓。您可能 想確定在您自制的“電流源”端子 上的電壓永遠(yuǎn)不超過某個(gè)界限（例 如，就許多光電器件來說是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。這些操作沒有精密的電壓控 制并且總是用作并聯(lián)器件，因而“ ”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。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 么電流不再簡單地是施加電壓的函 數(shù)。讓電流源可預(yù)測的方法是 使用電阻值的串聯(lián)電阻器（并 且相應(yīng)地采用高壓電壓源），這與 所需的電壓恰好矛盾。
  雖然可以知道（如果不能控 制）來自這種不可預(yù)測電流源的實(shí) 際電流，但是也需要付出代價(jià)。這 可以補(bǔ)充測量電流（例如用電壓表 測量串聯(lián)電阻器的壓降）來實(shí)現(xiàn)。 這種測量能被用作反饋以改變電壓 源或簡單地記錄下來。無論是哪種 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，那么此回讀需要 用靜電計(jì)以確保準(zhǔn)確度。

2182A納伏表

2182A擴(kuò)展了吉時(shí)利原有2182納伏 表的功能。雖然6220和6221兼容2182 ，但是使用2182進(jìn)行delta模式和微 分電導(dǎo)測量需要的時(shí)間是使用2182A 的兩倍。與2182A不同，2182不支持脈 沖模式測量。

圖3. 工頻同步的測量將50Hz/60Hz干擾降至。

圖4. 使用6221和免費(fèi)的啟動控制軟件實(shí)例，通 過加、乘、連接起來，或者對標(biāo)準(zhǔn)波形施加濾波 器等操作輕松創(chuàng)建復(fù)雜波形。

622X/2182A組合的應(yīng)用

• 容易協(xié)調(diào)儀器而且直觀的軟件實(shí)例簡 化了許多應(yīng)用的設(shè)置和操作。
• 10nΩ～100MΩ電阻測量范圍。一種測 量系統(tǒng)可用于寬范圍器件。
• 以低噪聲性能替代用于測量電阻的交 流電阻橋和鎖定放大器。
• 以50μs的窄脈寬調(diào)整脈沖和測量（僅 6221）。
• 測量微分電導(dǎo)的速度比以前的方案快 10倍而且噪聲較低。微分電導(dǎo)是用于 描述襯底材料能態(tài)密度的半導(dǎo)體研究 的重要參數(shù)。
• Delta模式使電阻測量中的噪聲降低了 1000倍。
• 對于低阻抗霍爾測量，622X/2182A組 合的delta工作模式具有業(yè)界的 噪聲性能和接觸電位抑制。對于較高 阻抗霍爾測量（大于100MΩ）,4200- SCS能取代電流源、開關(guān)和多種高阻抗 電壓測量通道。這提供了帶預(yù)編程測 試項(xiàng)目的完整方案。