Keithley 6220直流電流源超靈敏

6220直流電流源和6221交流/直流電流源是非常易于使用的超低電流噪聲電流 源。低電流的產(chǎn)生在從許多研發(fā)到生產(chǎn)，尤其是在半導體、納米技術和超導行業(yè)方 面的測試環(huán)境應用非常重要。高準確度的源和內(nèi)建控制功能使6220和6221成為霍爾 測量、使用delta模式的電阻測量、脈沖測量和微分電導測量等應用的理想選擇。

6220和6221的特點:
源和阱（可編程負載）100fA～ 100mA
1014Ω輸出阻抗確保能為各種負 載提供穩(wěn)定的電流源
65000點源存儲容量允許直接從 電流源執(zhí)行**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 護功能的應用需求
220型仿真模式無需對現(xiàn)有應用 重新編程
6221獨有特點:

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 準波形和任意波形。應用領域包 括復雜可編程負載或傳感器信號 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。當配合 2182A納伏表使用時，能測量* 窄50μs的脈沖I-V
內(nèi)置以太網(wǎng)接口，無需GPIB控制 卡即可輕松實現(xiàn)遠程控制


納米技術
-微分電導
-脈沖式信號源與電阻
光電應用
-脈沖式I-V
替換交流電阻橋（當結(jié)合2182A使用時）
-低功率電阻測量
替換鎖定放大器（當結(jié)合2182A使用時）
-低噪聲電阻測量
對精密、低電流源的需求。對當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)濟有效的 源在準確度、一致性、可靠性和魯棒性方面比“自制”方案更好。6221也是一款電流源波形發(fā)生器，它能極大地簡化創(chuàng)建和輸出復雜波形。

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接口進行完全編程；6221還具有以太網(wǎng)接口，可以通過任何以太網(wǎng)連接進行遠 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步長設置 0.1V～105V的輸出電壓。*大電壓（電流源輸出 電流時能達到的電壓極限）的重要性在于應用 中過壓可能損壞被測器件（DUT）。

直接替換220型電流源。6220和6221構建在 吉時利很受歡迎的220型可編程電流源之上； 在現(xiàn)有應用中，用6220/6221替換220型就能很 容易地實現(xiàn)220型的仿真模式，無需重寫控制 代碼。

容易設定和執(zhí)行電流掃描。6220和6221都 提供設定電流斜波的工具，并且通過使用觸發(fā) 器或定時器以步進式輸出多達65,536種輸出值 的預定義序列。這兩款電流源都支持線性、對 數(shù)和自定義方式掃描。

6221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。

免費的儀器控制實例啟動軟件
電流源的儀器控制實例軟件簡化了采用吉時利2182A執(zhí)行基本電流源任務以及調(diào) 整復雜的測量功能。這款在LabVIEW編程環(huán)境中開發(fā)的軟件包含一份進階測量指南， 這有助于用戶設置儀器和正確連接，以及設置基本電流源功能。此軟件包具有支持 delta模式、微分電導和脈沖模式測量等先進工具。使用此軟件包，用戶能打印用于任 何預編程函數(shù)的儀器指令，它提供在定制應用中包含這些函數(shù)的起點。

微分電導
微分電導測量是非線性隧道器件和低溫器件*重要和*關鍵的測量之一。數(shù)學上 的微分電導是器件I-V曲線的導數(shù)。6220或6221與2182A納伏表的結(jié)合使用是完整的微分電導測量方案。這些儀器組合也是非常快的方案：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 行平均，這既耗時又容易產(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。


運行、分析和顯示微分電導測量。
Delta模式
*初，吉時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。實際上，delta模式能自動觸發(fā)電流源使信號極替變 化，然后在每個極性上觸發(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，但是此方法在實現(xiàn) 中已被極大地增強和簡化?，F(xiàn)在，此方法消除了隨時間漂移的熱電失調(diào)，只用以前方 法的一半時間就能產(chǎn)生結(jié)果，而且允許電流源控制和設置納伏表，因而僅需兩次按鈕 便能完成測量設置。改進的熱電失調(diào)消除和較高的讀速率可將測量噪聲降低至1n


Delta模式提供1000:1噪聲衰減
Delta模式能準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）進行控制。622X 提供免費的控制軟件實例，包括“帶領”用戶完成delta模式設置過程的指南。

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置好的脈沖電流幅 度、脈沖間隔、脈沖寬度和其它脈沖參數(shù)等*大靈活性，6221的脈沖測量功能使 DUT的功耗降至*低。

6221憑借全量程微秒級上升時間使短脈沖（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的噪聲。

標準波形和任意波形發(fā)生器
6221是一款低電流電流源波形發(fā)生器。它能設置產(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，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 的應用中，擴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用（例如測量器 件的**和第三諧波響應）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：

自制電流源沒有*大電壓。您可能 想確定在您自制的“電流源”端子 上的電壓永遠不超過某個界限（例 如，就許多光電器件來說是1～2V） 。實現(xiàn)這個*直接方法是將電壓源 降至那個電壓界限。這需要降低串 聯(lián)電阻以獲得所需的電流。如果您 想設置不同的電流，就必須改變電 阻器的同時電壓保持不變！另一種 可能的辦法是給DUT并聯(lián)一個保護 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“ 盜取”了一部分流向DUT的設置電 流。
自制電流源的輸出不可預測。使用 由電壓源和串聯(lián)電阻器制成的自 制“電流源”，DUT的阻抗構成分壓 器。如果DUT電阻是完全可預測的， 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)。讓電流源可預測的*佳方法是 使用極高電阻值的串聯(lián)電阻器（并 且相應地采用高壓電壓源），這與 所需的*大電壓恰好矛盾。
雖然可以知道（如果不能控 制）來自這種不可預測電流源的實 際電流，但是也需要付出代價。這 可以補充測量電流（例如用電壓表 測量串聯(lián)電阻器的壓降）來實現(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，它都需要附加的設備，這進 一步增加了復雜度或誤差。更糟的 是，如果自制電流源采用大串聯(lián)電 阻進行一般預測，那么此回讀需要 用靜電計以確保準確度。
2182A納伏表
2182A擴展了吉時利原有2182納伏 表的功能。雖然6220和6221兼容2182 ，但是使用2182進行delta模式和微 分電導測量需要的時間是使用2182A 的兩倍。與2182A不同，2182不支持脈 沖模式測量。

工頻同步的測量將50Hz/60Hz干擾降至*低。

 使用6221和免費的啟動控制軟件實例，通 過加、乘、連接起來，或者對標準波形施加濾波 器等操作輕松創(chuàng)建復雜波形。

622X/2182A組合的應用
? 容易協(xié)調(diào)儀器而且直觀的軟件實例簡 化了許多應用的設置和操作。
? 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）。
? 測量微分電導的速度比以前的方案快 10倍而且噪聲較低。微分電導是用于 描述襯底材料能態(tài)密度的半導體研究 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、開關和多種高阻抗 電壓測量通道。這提供了帶預編程測 試項目的完整方案。