專利名稱：I-v二階微分測量方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微弱信號檢測方法及裝置方法，尤其涉及一種I-V測量二階微分隨外界環(huán)境變化曲線的裝置及方法。
背景技術(shù)：
電導(dǎo)定義為導(dǎo)電能力，對于某一種導(dǎo)體允許電流通過它的容易性的量度，與電阻成倒數(shù)關(guān)系，是評價(jià)及分析器件和材料基本特性的主要參數(shù)。關(guān)于電導(dǎo)的測試技術(shù)廣泛應(yīng)用于電子、生物及基礎(chǔ)研究等領(lǐng)域。例如，半導(dǎo)體器件的導(dǎo)電性能通常不是恒定的，僅靠I-V 測量不能實(shí)現(xiàn)器件導(dǎo)電性能的分析。對于這些器件，需要在許多點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)測量以產(chǎn)生有效的I-V曲線，并獲得電導(dǎo)(G = dl/dv，g卩I-V—階導(dǎo)數(shù))隨外界條件的變化曲線。目前，隨著現(xiàn)代電子器件的尺寸不斷縮小，人們更多地依靠微納技術(shù)尋找器件尺寸及其它關(guān)鍵技術(shù)的突破。對于微納米級器件，其基本特性(如物理，化學(xué))受量子特性或外界條件的影響。不僅需要知道器件的電導(dǎo)，還要需要知道電導(dǎo)對電壓的導(dǎo)數(shù)隨外界條件的變化關(guān)系，即電流對電壓的二階導(dǎo)數(shù)隨外界條件的變化關(guān)系。公開號CN101666828的發(fā)明專利采用傅立葉譜分析儀來測量微分電導(dǎo)，但是這種方法并不直觀，需要進(jìn)行傅立葉變化才可得到基頻和二次諧波系數(shù)，再通過計(jì)算后可得到電導(dǎo)的微分。公開號CN101446620B的發(fā)明專利采用鎖相放大器測量樣品電導(dǎo)的導(dǎo)數(shù)隨偏壓的變化關(guān)系，該方法由鎖相放大器供給交流信號，所供給信號幅度及精度受鎖相放大器的限制(4mVrms-5Vrms )。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種I-V 二階微分的測量裝置及方法，它可直接測量I-V的二階導(dǎo)數(shù)隨外界條件的變化曲線，比通常的G-V求導(dǎo)的方法具有更高的精度，比利用傅立葉譜分析具有更加方便的特性。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案
一種I-V 二階微分測量裝置方法，其特征在于，該方法為將具有選定頻率的交流信號通過具有分壓作用的交直流加法器(bias-tee)分壓后，再與直流偏壓疊加，并共同作用于測試樣品，獲得含有測試樣品信息的信號，該含有測試樣品信息的信號經(jīng)前置放大器放大轉(zhuǎn)換成電壓信號，并通過鎖相放大器改變參考通道的頻率，由鎖相放大器測量該電壓信號， 從而獲得二次諧波的有效信號電壓，也就是ι-ν 二階微分的有效信號。進(jìn)一步的，該方法中是采用函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生交流信號，并通過鎖相放大器改變參考通道的頻率，從而獲得二次諧波的電壓信號，即，I-V 二階微分的有效信號。進(jìn)一步的，該方法中還包含采用環(huán)境條件控制系統(tǒng)改變環(huán)境條件(如溫度、柵控制電壓、光照等)，并測量ι-ν 二階微分的操作，從而獲得I-V 二階微分隨外界環(huán)境條件的變化曲線。一種I-V 二階微分測量裝置，其特征在于，它包括一具有分壓作用的bias-tee，該 bias-tee的交流信號輸入端口和直流信號輸入端口分別與函數(shù)發(fā)生器和直流信號源連接，其輸出端口與樣品、前置放大器和鎖相放大器依次串接，所述鎖相放大器經(jīng)參考通道與函數(shù)發(fā)生器連接。所述bias-tee包括電感、第一電阻、第二電阻和電容，所述電感一端與直流信號輸入端口連接，另一端與電容一端和輸出端口連接，電容另一端分別與第一電阻和第二電阻一端連接，第一電阻另一端與交流信號輸入端口連接，第二電阻另一端接地。進(jìn)一步的，在樣品處還設(shè)有環(huán)境條件控制系統(tǒng)對樣品的外界條件進(jìn)行控制。樣品輸入電壓為Vin，本發(fā)明的原理如下
權(quán)利要求
1.一種I-V 二階微分測量方法，其特征在于，該方法為將具有選定頻率的交流信號通過具有分壓作用的交直流加法器分壓后，再與直流偏壓疊加，并共同作用于測試樣品，獲得含有測試樣品信息的信號，該含有測試樣品信息的信號經(jīng)前置放大器放大轉(zhuǎn)換成電壓信號，并通過鎖相放大器改變參考通道的頻率，由鎖相放大器測量該倍頻信號電壓，從而獲得二次諧波的有效信號電壓，也就是I-V 二階微分的有效信號。
2.如權(quán)利要求1所述的I-V二階微分測量方法，其特征在于該方法中是采用函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生交流信號，并通過鎖相放大器改變參考通道的頻率，從而獲得二次諧波的電壓信號，即，I-V 二階微分的有效信號。
3.如權(quán)利要求1所述的I-V二階微分測量方法，其特征在于該方法中還通過環(huán)境條件控制系統(tǒng)改變環(huán)境條件，并測量I-V 二階微分，從而獲得I-V 二階微分隨外界環(huán)境條件的變化曲線。
4.如權(quán)利要求1所述的I-V二階微分測量方法，其特征在于所述交直流加法器包括電感(13)、第一電阻(10)、第二電阻(11)和電容(14)，所述電感(13)—端與直流信號輸入端口(12)連接，另一端與電容(14) 一端和輸出端口(15)連接，電容(14)另一端分別與第一電阻(10)和第二電阻(11) 一端連接，第一電阻(10)另一端與交流信號輸入端口(9)連接，第二電阻(11)另一端接地。
5.一種I-V 二階微分測量裝置，其特征在于，它包括一具有分壓作用的交直流加法器 (2)，該交直流加法器(2)的交流信號輸入端口和直流信號輸入端口分別與函數(shù)發(fā)生器(1) 和直流信號源(3)連接，其輸出端口與樣品(4)、前置放大器(5)和鎖相放大器(6)依次串接，所述鎖相放大器(6)經(jīng)參考通道(7)與函數(shù)發(fā)生器(1)連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的I-V二階微分測量裝置，其特征在于所述交直流加法器包括電感(13)、第一電阻(10)、第二電阻(11)和電容(14)，所述電感(13)—端與直流信號輸入端口(12)連接，另一端與電容(14) 一端和輸出端口(15)連接，電容(14)另一端分別與第一電阻(10)和第二電阻(11) 一端連接，第一電阻(10)另一端與交流信號輸入端口(9) 連接，第二電阻(11)另一端接地。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的I-V二階微分測量裝置，其特征在于它還包括用于改變樣品所處環(huán)境條件的環(huán)境條件控制系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種I-V二階微分測量方法及裝置。該裝置包括直流信號源、函數(shù)發(fā)生器、具有分壓作用的交直流加法器、前置放大器，鎖相放大器及環(huán)境條件控制系統(tǒng)；該方法是將選定頻率的交流小信號通過交直流加法器與直流偏壓疊加，共同作用于測試樣品，含有測試樣品信息的信號經(jīng)前置放大器放大轉(zhuǎn)換成電壓信號，由鎖相測量倍頻信號電壓。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)至少在于(1)交直流加法器交流通路里含有分壓器；(2)交流信號由函數(shù)發(fā)生器提供，精度較高，并經(jīng)過分壓后幅度很小，降低了其對直流偏置信號的影響，提高了信噪比；(3)直接測量I-V二階微分隨外界條件的變化曲線，方法簡單，結(jié)果精確直觀，并且對測試者電路設(shè)計(jì)水平要求不高。
文檔編號G01R27/14GK102323486SQ20111023221
公開日2012年1月18日 申請日期2011年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月15日
發(fā)明者蔣春萍, 馬仙梅 申請人:中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所