小電流測(cè)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(wěn)定性后，采取措施減小測(cè)量誤差將有助于提高測(cè)量準(zhǔn)確度。這些誤差源包括建立時(shí)間不足、靜電干擾、漏泄電流、摩擦效應(yīng)、壓電效應(yīng)、污染、濕度、接地環(huán)路，以及源阻抗。圖5中匯總了本節(jié)討論的部分電流的幅值。


圖5.產(chǎn)生電流的典型幅值
建立時(shí)間和定時(shí)菜單設(shè)置
測(cè)量電路的建立時(shí)間在測(cè)量小電流和高電阻時(shí)尤其重要。建立時(shí)間是指施加或改變電流或電壓后測(cè)量達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間。影響測(cè)量電路建立時(shí)間的因素包括并聯(lián)電容(CSHUNT)和源電阻(RS)。并聯(lián)電容是由于連接電纜、測(cè)試夾具、開(kāi)關(guān)和探針造成的。DUT的源電阻越高，建立時(shí)間越長(zhǎng)。圖6的測(cè)量電路中標(biāo)出了并聯(lián)電容和源電阻。


圖6.包含CSHUNT和RS的SMU測(cè)量電路

建立時(shí)間是RC時(shí)間常數(shù)τ的結(jié)果，其中：
τ = RSCSHUNT
以下為計(jì)算建立時(shí)間的一個(gè)例子，假設(shè)CSHUNT= 10pF，RS= 1TΩ，那么：
τ = 10pF × 1TΩ = 10s
因此，讀數(shù)穩(wěn)定至最終值的1%所需的建立時(shí)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(shù)響應(yīng)。經(jīng)過(guò)一個(gè)時(shí)間常數(shù)(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(shù)響應(yīng)
為了成功測(cè)量小電流，重要的是每次測(cè)量留有足夠的時(shí)間，尤其是掃描電壓時(shí)。對(duì)于掃描模式，可在“ Sweep Delay”(掃描延遲)域的“Timing”(定時(shí))菜單中添加建立時(shí)間；對(duì)于采樣模式，則在“Interval time”域內(nèi)。為了確定需要增加多長(zhǎng)間隔時(shí)間，通過(guò)繪制電流-時(shí)間圖，測(cè)量DUT穩(wěn)定至某個(gè)階躍電壓的建立時(shí)間。階躍電壓應(yīng)該是DUT實(shí)際測(cè)量中使用的偏執(zhí)電壓。可利用LowCurrent項(xiàng)目中的ITM測(cè)量建立時(shí)間。應(yīng)適當(dāng)增加“Timing”(定時(shí))菜單中的“#Samples”，以確保穩(wěn)定后的讀數(shù)顯示在圖形中。在測(cè)量小電流時(shí)，采用“Quiet Speed Mode”或在“Timing”菜單中增加額外濾波。請(qǐng)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(cè)量速度也越小。