Keithley 6200 系列超靈敏電流源

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(dǎo)體、納米技術(shù)和超導(dǎo)行業(yè)方面的測試環(huán)境應(yīng)用非常重要。高準(zhǔn)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(dǎo)測量等應(yīng)用的理想選擇。對精密、低電流源的需求。對當(dāng)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(jì)有效的源在準(zhǔn)確度、一致性、可靠性和魯棒性方面比“自制"方案更好。6221也是市面有售的電流源波形發(fā)生器，它能極大地簡化創(chuàng)建和輸出復(fù)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(jìn)行編程；6221還具有以太網(wǎng)接口，可以通過任何以太網(wǎng)連接進(jìn)行遠(yuǎn)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(shè)置0.1V～105V的輸出電壓。最大電壓（電流源輸出電流時能達(dá)到的電壓極限）的重要性在于應(yīng)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(gòu)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(yīng)用中，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(shè)定和執(zhí)行電流掃描。6220和6221都提供設(shè)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(jìn)式輸出多達(dá)65,536種輸出值的預(yù)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(wù)以及調(diào)整復(fù)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(jìn)階測量指南，這有助于用戶設(shè)置儀器和正確連接，以及設(shè)置基本電流源功能。此軟件包具有支持delta模式、微分電導(dǎo)和脈沖模式測量等*工具。使用此軟件包，用戶能打印用于任何預(yù)編程函數(shù)的儀器指令，它提供在定制應(yīng)用中包含這些函數(shù)的起點。

微分電導(dǎo)

微分電導(dǎo)測量是非線性隧道器件和低溫器件最重要和最關(guān)鍵的測量之一。數(shù)學(xué)上的微分電導(dǎo)是器件I-V曲線的導(dǎo)數(shù)。6220或6221與2182A納伏表的結(jié)合使用是業(yè)內(nèi)最完

整的微分電導(dǎo)測量方案。這些儀器組合也是最快的方案：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(jìn)

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.

Delta模式

最初，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)電流源使信號極性交替變化，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(shè)置納伏表，因而僅需兩次按鈕便能完成測量設(shè)置。改進(jìn)的熱電失調(diào)消除和較高的讀速率可將測量噪聲降低至1nV。

Delta模式能準(zhǔn)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(jìn)行控制。622X提供免費的控制軟件實例，包括“帶領(lǐng)"用戶完成delta模式設(shè)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(shè)置的脈沖電流幅度、脈沖間隔、脈沖寬度和其它脈沖參數(shù)等最大靈活性，6221的脈沖測量功能使DUT的功耗降至很低。

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(guān)的噪聲。

標(biāo)準(zhǔn)波形和任意波形發(fā)生器

6221是市面上一款低電流電流源波形發(fā)生器。它能設(shè)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。

Keithley 6200 系列超靈敏電流源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：

• 自制電流源沒有最大電壓。您可能想確定在您自制的“電流源"端子上的電壓永遠(yuǎn)不超過某個界限（例如，就許多光電器件來說是1～2V）。實現(xiàn)這個最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(shè)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(hù)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"了一部分流向DUT的設(shè)置電流。

• 自制電流源的輸出不可預(yù)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(gòu)成分壓器。如果DUT電阻是可預(yù)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(yù)測的方法是使用很高的電阻值的串聯(lián)電阻器（并且相應(yīng)地采用高壓電壓源），這與所需的最大電壓恰好矛盾。雖然可以知道（如果不能控制）來自這種不可預(yù)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(shè)備，這進(jìn)一步增加了復(fù)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(yù)測，那么此回讀需要用靜電計以確保準(zhǔn)確度。