吉时利4200-SCS型优化小电流测量的解决方案

    因此，读数稳定至最终值的1%所需的建立时间为τ的5倍，也就是50秒。图7所示为RC电路的阶跃电压指数响应。经过一个时间常数(τ=RC)后，电压上升至最终值的63%。

图7.RC电路的阶跃电压指数响应

    为了成功测量小电流，重要的是每次测量留有足够的时间，尤其是扫描电压时。对于扫描模式，可在“SweepDelay”(扫描延迟)域的“Timing”(定时)菜单中添加建立时间;对于采样模式，则在“Intervaltime”域内。为了确定需要增加多长间隔时间，通过绘制电流-时间图，测量DUT稳定至某个阶跃电压的建立时间。阶跃电压应该是DUT实际测量中使用的偏执电压。可利用LowCurrent项目中的ITM测量建立时间。应适当增加“Timing”(定时)菜单中的“#Samples”，以确保稳定后的读数显示在图形中。在测量小电流时，采用“QuietSpeedMode”或在“Timing”菜单中增加额外滤波。请注意，这是噪声和速度之间的平衡。滤波和延迟越大，噪声越小，但是测量速度也越小。

    V电磁干扰和屏蔽

    当带电物体接近被测电路时，会发生静电耦合或干扰。低阻抗时，由于电荷消失很快，所以干扰的影响不明显。然而，高电阻材料不会使电荷快速衰减，则会造成测量不稳定、噪声很大。通常情况下，当被测电流≤1nA或者被测电阻≥1GΩ时，静电干扰就会成为问题。

    为了减小静电场影响，被测电路可被密封在一个静电屏内。图8所示为非屏蔽和屏蔽测量一个100GΩ电阻之间的巨大差异。非屏蔽测量比屏蔽测量时的噪声要大得多。

图8.100GΩ电阻的屏蔽和非屏蔽测量的比较

    屏蔽可以仅仅是一个将测试电路包围起来的简单金属盒或金属网。商业探针台往往将敏感电路密封在一个静电屏蔽内。屏蔽被连接至测量电路LO端子，该端子不一定接地。对于4200-SCS来说，屏蔽连接至ForceLO端子，如图9所示。

图9.屏蔽高阻器件

    采取以下步骤将静电耦合导致误的差电流降至最小：

    •屏蔽DUT，并将屏蔽层在电气上连接至测试电路公共端——4200-SCS的ForceLO端子。

    •使所有带电物体(包括人员)和导体远离电路的敏感区域。

    •测试区域附近避免移动和振动。

    VI漏流和保护I

    漏流是施加电压时通过(泄露)电阻的误差电流。当DUT的阻抗与测试电路中绝缘体的阻抗相当时，该误差电流就会成为问题。为减小漏流，在测试电流中采用高质量的绝缘体、降低测试实验室的湿度，并采用保护。

    保护是由一个低阻源驱动的导体，其输出为或接近高阻端子的电势。保护端子用于保护测试夹具和电缆绝缘电阻和电容。保护是三轴连接器/电缆的芯屏蔽，如图10所示。

图10.4200三轴连接器/电缆的导体

    请勿混淆保护和屏蔽。屏蔽通常意味着采用金属护栏防止静电干扰影响高阻电路。保护则意味着使用增加的低阻导体，将其维持在于高阻电路相同的电势，它将拦截任何干扰电压或电流。保护不一定提供屏蔽。下图

    为保护的两个例子：1)利用保护降低测试夹具导致的漏流，而2)则利用保护降低由于电缆连接产生的漏流。

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    图11所示为保护消除可能会通过测试夹具内隔离绝缘体的原理。在图11a中，漏流(IL)通过隔离绝缘体(RL)。该漏流增加至来自于DUT(IDUT)，然后被SMU安培计测得(IM)，对小电流测量的准确度造成不利影响。

图11.利用保护减小测试夹具中的漏流

    在图11b中，金属安装板被连接至SMU的保护端子。隔离绝缘体顶部和底部的电压接近相同电势(0V压降)，所以在隔离绝缘体中就不会有漏流影响测量准确度。由于金属安装板将处于保护电势，所以为安全起见，金属屏蔽必须连接至地。

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