6221電流源

產(chǎn)品型號：

所屬分類(lèi)：Keithley 皮安表高阻計

產(chǎn)品時(shí)間：2024-05-09

簡(jiǎn)要描述：6221電流源，Keithley 6200 系列超靈敏電流源，6220 型直流電流源和 6221 型交流和直流電流源將易用性與極低的電流噪聲相結合。 在測試環(huán)境中，從研發(fā)到生產(chǎn)，尤其是在半導體、納米技術(shù)和超導體行業(yè)，低電流源對于應用至關(guān)重要。 6220 型和 6221 型具有高精度源和內置控制功能，非常適合使用增量模式、脈沖測量和微分電導測量的霍爾測量、電阻測量等應用。

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6221電流源，Keithley 6200 系列超靈敏電流源，6220 型直流電流源和 6221 型交流和直流電流源將易用性與極低的電流噪聲相結合。 在測試環(huán)境中，從研發(fā)到生產(chǎn)，尤其是在半導體、納米技術(shù)和超導體行業(yè)，低電流源對于應用至關(guān)重要。 6220 型和 6221 型具有高精度源和內置控制功能，非常適合使用增量模式、脈沖測量和微分電導測量的霍爾測量、電阻測量等應用。

特點(diǎn)：

• 10 ¹⁴ Ω 輸出阻抗
• 65000 點(diǎn)源內存
• 輸出 0.1V 至 105V 的恒流電壓，10mV 步長(cháng)
• 源交流電源范圍為 4pA 至 210mA 峰峰值 (6221)
• 10MHz 輸出更新速率 (6221)
• 內置標準和任意波形發(fā)生器，頻率范圍為 1mHz 至 100kHz (6221)
• 可編程脈沖寬度短至 5μs (6221)
• 可重新配置的三同軸輸出
   

優(yōu)勢:

• 提供廣泛的輸出阻抗，確保負載中有穩定的電流源。
• 允許直接從電流源執行全面的測試電流掃描。
• 防止潛在損壞對過(guò)電壓敏感的設備。
• 支持元器件和材料的交流檢定。
• 生成高達 100kHz 的平滑正弦波。
• 支持用作復雜的可編程負載或傳感器信號以及用于噪聲模擬。
• 限制易損低功率元器件的功耗，與 2182A 型納伏表配合使用時(shí)支持低至 50μs 的脈沖式 I-V 測量。
• 簡(jiǎn)化匹配應用的防護要求的過(guò)程。
   

6221電流源

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(shù)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(diǎn):

• 源和阱（可編程負載）100fA～ 100mA
• 1014Ω輸出阻抗確保能為各種負 載提供穩定的電流源
• 65000點(diǎn)源存儲容量允許直接從 電流源執行全面測試電流掃描
• 內建RS-232、GPIB、觸發(fā)鏈路和 數字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(wú)需對現有應用 重新編程

6221*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
• 內建1mHz～100kHz頻率范圍的標 準波形和任意波形。應用領(lǐng)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 限制元件的功耗。當配合 2182A納伏表使用時(shí)，能測量 窄50μs的脈沖I-V
• 內置以太網(wǎng)接口，無(wú)需GPIB控制 卡即可輕松實(shí)現遠程控制

• 納米技術(shù)
  -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（當結合2182A使用時(shí)）
  -低功率電阻測量
• 替換鎖定放大器（當結合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。

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電流源波形發(fā)生器，它能極大地簡(jiǎn)化創(chuàng )建和輸出復雜波形。

編程簡(jiǎn)單。這兩款電流源可以從前面板控件或從外部控制器通過(guò)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(guò)任何以太網(wǎng)連接進(jìn)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(cháng)設置 0.1V～105V的輸出電壓。大電壓（電流源輸出 電流時(shí)能達到的電壓極限）的重要性在于應用 中過(guò)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(shí)利很受歡迎的220型可編程電流源之上； 在現有應用中，用6220/6221替換220型就能很 容易地實(shí)現220型的仿真模式，無(wú)需重寫(xiě)控制 代碼。

容易設定和執行電流掃描。6220和6221都 提供設定電流斜波的工具，并且通過(guò)使用觸發(fā) 器或定時(shí)器以步進(jìn)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(xiàn)性、對 數和自定義方式掃描。

6221結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(shí)例啟動(dòng)軟件

電流源的儀器控制實(shí)例軟件簡(jiǎn)化了采用吉時(shí)利2182A執行基本電流源任務(wù)以及調 整復雜的測量功能。這款在LabVIEW編程環(huán)境中開(kāi)發(fā)的軟件包含一份進(jìn)階測量指南， 這有助于用戶(hù)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*工具。使用此軟件包，用戶(hù)能打印用于任 何預編程函數的儀器指令，它提供在定制應用中包含這些函數的起點(diǎn)。

微分電導

微分電導測量是非線(xiàn)性隧道器件和低溫器件重要和關(guān)鍵的測量之一。數學(xué)上 的微分電導是器件I-V曲線(xiàn)的導數。6220或6221與2182A納伏表的結合使用是業(yè)內完 整的微分電導測量方案。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據，無(wú)需經(jīng)過(guò)通過(guò)多次掃描再將結果進(jìn) 行平均，這既耗時(shí)又容易產(chǎn)生誤差。而且，622X和2182A簡(jiǎn)單易用，因為它們的組合可 以作為單臺測量?jì)x器使用。它們簡(jiǎn)單的連接消除了其它方案很難處理的隔離和噪聲電 流問(wèn)題。

圖1. 運行、分析和顯示微分電導測量。

Delta模式

初，吉時(shí)利為電壓和電阻低噪聲測量開(kāi)發(fā)的delta模式法需要將2182納伏表和可 觸發(fā)外部電流源結合使用。實(shí)際上，delta模式能自動(dòng)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。此電流反向法消除了任何恒定的熱電失調， 從而確保測量結果反映了真實(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 中已被極大地增強和簡(jiǎn)化?，F在，此方法消除了隨時(shí)間漂移的熱電失調，只用以前方 法的一半時(shí)間就能產(chǎn)生結果，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(jìn)的熱電失調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模式能準確測量低電壓和小電阻。將622X和2182A正確連接后，用戶(hù)只 用按下電流源的Delta按鈕，再按下Trigger按鈕，就能啟動(dòng)測試。622X和2182A能 無(wú)縫地配合工作并能通過(guò)GPIB接口（6221的GPIB或以太網(wǎng)接口）進(jìn)行控制。622X 提供免費的控制軟件實(shí)例，包括“帶領(lǐng)”用戶(hù)完成delta模式設置過(guò)程的指南。

脈沖測試

即使測量過(guò)程本身引入的少量熱量也會(huì )提升DUT的溫度，從而使測試結果偏 移或甚至損壞器件。通過(guò)在脈沖測量過(guò)程中為提供用戶(hù)設置脈沖電流幅 度、脈沖間隔、脈沖寬度和其它脈沖參數等大靈活性，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(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(kāi) 始測量。包括完整的納伏級電壓測量在內的整個(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(xiàn)相關(guān)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(diǎn)定義波形的任意波形發(fā)生器 （ARB）來(lái)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(wú)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 件的第二和第三諧波響應）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(lái) 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(méi)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(méi)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(guò)某個(gè)界限（例 如，就許多光電器件來(lái)說(shuō)是1～2V） 。實(shí)現這個(gè)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 電路。這些操作沒(méi)有精密的電壓控 制并且總是用作并聯(lián)器件，因而“ 獲取”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*可預測的， 那么就能知道電流，但如果DUT電阻 像大多數器件那樣未知或變化，那 么電流不再簡(jiǎn)單地是施加電壓的函 數。讓電流源可預測的方法是 使用*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(lái)自這種不可預測電流源的實(shí) 際電流，但是也需要付出代價(jià)。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(lái)實(shí)現。 這種測量能被用作反饋以改變電壓 源或簡(jiǎn)單地記錄下來(lái)。無(wú)論是哪種 方法，它都需要附加的設備，這進(jìn) 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(jìn)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(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干擾降至低。

圖4. 使用6221和免費的啟動(dòng)控制軟件實(shí)例，通 過(guò)加、乘、連接起來(lái)，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)調儀器而且直觀(guān)的軟件實(shí)例簡(jiǎn) 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。
• 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(kāi)關(guān)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。

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