納米級電接觸電阻測量的新技術(shù)的研究

　　納米級電氣特性

　　研究納米級材料的電氣特性通常要綜合使用探測和顯微技術(shù)對感興趣的點進行確定性測量。但是，必須考慮的一個額外因素是施加的探針壓力對測試結(jié)果的影響，因為很多材料具有壓力相關(guān)性，壓力會引起材料的電氣特征發(fā)生巨大的變化。

　　現(xiàn)在，一種新的測量技術(shù)能夠?qū)⒓{米材料的電氣和機械特性表示為施加探針壓力的函數(shù)，為人們揭示之前無法看到的納米現(xiàn)象。這種納米級電接觸電阻測量工具（美國明尼蘇達州明尼阿波利斯市Hysitron公司推出的nanoECR?）能夠在高度受控的負載或置換接觸條件下實現(xiàn)現(xiàn)場的電氣和機械特性測量。該技術(shù)能夠提供多種測量的時基相關(guān)性，包括壓力、置換、電流和電壓，大大增加我們能夠從傳統(tǒng)納米級探針測量中所獲得的信息量。這種測量是從各類納米級材料和器件中提取多種參數(shù)的基礎(chǔ)。

　　發(fā)現(xiàn)、掌握和控制納米材料表現(xiàn)的獨特屬性是當代科學(xué)研究的熱點。掌握它們的機械特性、電氣特性和失真行為之間的關(guān)系對于設(shè)計下一代材料和器件至關(guān)重要。nanoECR系統(tǒng)有助于這些領(lǐng)域的研究，可用于研究納米材料中壓力導(dǎo)致的相位變換、二極管行為、隧穿效應(yīng)、壓電響應(yīng)等現(xiàn)象。

　　新測量方法

　　納米技術(shù)應(yīng)用的多樣性為耦合機械測量與電氣測量，同時又實現(xiàn)高精度、可重復(fù)性和探針定位，提出了一系列的特殊挑戰(zhàn)。根據(jù)探針/樣本的接觸狀態(tài)，電流量級可能從幾pA到幾mA，電壓量級從幾μV 到幾 V，施加的探針壓力從幾nN到幾mN，探針位移從幾? 到幾μm。此外，納米觸點獨特的幾何尺寸也使我們面臨著很多技術(shù)難題。

　　基于這些原因，Hysitron公司研制出了一套集成了Hysitron TriboIndenter?納米機械測試儀和2602型雙通道數(shù)字源表（俄亥俄州克里夫蘭市，吉時利儀器公司產(chǎn)品）的系統(tǒng)。該系統(tǒng)還包括一個導(dǎo)電樣本臺、一個獲專利授權(quán)的電容（nanoECR）轉(zhuǎn)換器和一個導(dǎo)電硬度探針（如圖1所示）。該轉(zhuǎn)換器能夠通過電流，無需給探針連接外部導(dǎo)線，從而最大限度地提高了測試精度和可重復(fù)性。這種“穿針”式測量結(jié)構(gòu)確保了安全接觸，有助于減少可能出錯的來源。

　　該系統(tǒng)還包括一個完整集成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，支持壓力-位移和電流-電壓測量之間的實時關(guān)聯(lián)。用戶可以在這一采集系統(tǒng)上連接輔助測試儀，進行實時測量并提取其他所需的參數(shù)。通過其用戶界面可以在很寬的負載和位移控制條件下方便地配置所有的測試變量。這一特點得益于數(shù)字源表的板載測試腳本處理器，它能夠自動運行測試序列，為其他硬件元件提供同步，盡可能地減少系統(tǒng)各個部分之間的時序/控制問題。