La caracterización de dispositivos electrónicos como los transistores de efecto de campo (FET) y los nanotubos de carbono (CNT) puede ser un desafío, ya que a menudo es necesario medir corrientes muy bajas por debajo del nivel de ruido del sistema de prueba.
La caracterización de dispositivos electrónicos como los transistores de efecto de campo (FET) y los nanotubos de carbono (CNT) puede ser un desafío, ya que a menudo es necesario medir corrientes muy bajas por debajo del nivel de ruido del sistema de prueba. Para realizar estas mediciones con éxito, necesitamos conocer el tipo de equipo de prueba a utilizar, las diversas fuentes de errores de medición y las técnicas apropiadas para minimizar estos errores.
Muchos instrumentos están disponibles para hacer mediciones de baja corriente. Uno de ellos es el multímetro digital (DMM). Un DMM portátil de bajo costo de 3-1/2 dígitos no es una buena solución para mediciones de bajo nivel, pero hay DMM de laboratorio de precisión disponibles que pueden medir niveles de corriente tan bajos como 10pA.
Otras opciones para medir corrientes de bajo nivel incluyen picoamperímetros, electrómetros y unidades de medición de fuente (SMU). Cada tipo ofrece un conjunto diferente de características y alcance. Por ejemplo, un electrómetro puede medir corrientes tan bajas como la corriente de compensación de entrada del instrumento y, en algunos casos, tan bajas como 1 femtoamperio. Algunas SMU pueden medir corrientes tan bajas como 400 attoamperios.
¡Mantenerla baja!
La sensibilidad de todos estos instrumentos está limitada por el ruido interno y externo del propio equipo de prueba. Por ejemplo, la resistencia de la fuente del dispositivo bajo prueba (DUT) establece el nivel de ruido actual de Johnson. El ruido de corriente de Johnson es un ruido de bajo nivel causado por los efectos de la temperatura en los electrones de los conductores. Cuanto menor sea la resistencia de la fuente, mayor será el ruido de Johnson.
Tanto la temperatura como el ancho de banda del ruido afectan el ruido de la corriente de Johnson. La reducción de cualquiera de los parámetros también reduce el ruido de corriente de Johnson. Por ejemplo, el enfriamiento criogénico se usa a menudo para reducir el ruido en amplificadores y otros circuitos en estudios de investigación como la investigación de superconductividad, pero el equipo de enfriamiento requerido es bastante costoso. El filtrado puede reducir el ancho de banda del ruido, pero esto ralentiza la medición. El ruido de corriente de Johnson también se puede reducir aumentando la resistencia de la fuente del DUT, pero esto rara vez es posible.
Los cables coaxiales utilizados para interconectar equipos de prueba entre sí y con el DUT son otra fuente de ruido no deseado. Un cable de prueba típico puede generar decenas de nanoamperios de corriente cuando la vibración hace que el blindaje exterior roce contra el aislamiento del cable. En algunas aplicaciones, como la nanotecnología y la investigación de semiconductores, la corriente producida por este efecto puede superar el nivel de corriente medido desde el DUT. Para minimizar este efecto, utilice cables de bajo ruido y asegúrelos al banco de pruebas para evitar que se doblen.
El aislamiento también contribuye al ruido del sistema. Usar aisladores cerámicos, usar guantes para manipularlos y mantenerlos limpios minimizará el ruido del aislador debido a los efectos piezoeléctricos y la contaminación.
Al utilizar la instrumentación correcta y minimizar las fuentes de ruido al diseñar el sistema de prueba, se pueden realizar con éxito mediciones de corriente de muy bajo nivel. Para obtener más información sobre este tema, consulte la nota de aplicación de Keithley Optimización de medidas e instrumentos de baja corriente. Puede descargarse del sitio web de Keithley (http://www.keithley.com/data?asset=55765).