Keithley 6200 系列超灵敏电流源

Keithley 6200 系列超灵敏电流源

直流电流源和6221交流/直流电流源是非常易于使用的超低电流噪声电流源。低电流的产生在从许多研发到生产，尤其是在半导体、纳米技术和超导行业方面的测试环境应用非常重要。高准确度的源和内建控制功能使6220和6221成为霍尔测量、使用delta模式的电阻测量、脉冲测量和微分电导测量等应用的理想选择。对精密、低电流源的需求。对当今小型和高功率效率电子器件的测试和特性分析需要输出低电平电流，这需要采用精密的低电流源。较低的激励电流在器件两端产生较低（因而更难测量）的电压。将6220或6221与2182A纳伏表组合可以妥善地处理这两方面的挑战。

交流电流源和电流源波形发生器。6221是市面上唯——款低电流交流电流源。在推出6221之前，研究人员和工程师不得不自己搭建交流电流源。这款经济有效的源在准确度、一致性、可靠性和鲁棒性方面比“自制"方案更好。6221也是市面有售的电流源波形发生器，它能极大地简化创建和输出复杂波形。编程简单。这两款电流源可以从前面板控件或从外部控制器通过RS-232或GPIB接口进行编程；6221还具有以太网接口，可以通过任何以太网连接进行远程控制。这两款仪器能输出100fA～105mA的直流电流；6221还能输出4pA～210mA峰峰值的交流电流。这两款电流源能以10mV步长设置0.1V～105V的输出电压。大电压（电流源输出电流时能达到的电压极限）的重要性在于应用中过压可能损坏被测器件（DUT）。直接替换220型电流源。6220和6221构建在吉时利很受欢迎的220型可编程电流源之上；在现有应用中，6220/6221替换220型就能很容易地实现220型的仿真模式，无需重写控制代码。

容易设定和执行电流扫描。6220和6221都提供设定电流斜波的工具，并且通过使用触发器或定时器以步进式输出多达65,536种输出值的预定义序列。这两款电流源都支持线性、对数和自定义方式扫描。

Keithley 6200 系列超灵敏电流源结合了高分辨率电流源和兆赫兹的更新速率，因而它以高保真度模拟的电流信号与模拟电流斜波很难分辨。

免费的仪器控制实例启动软件电流源的仪器控制实例软件简化了采用吉时利2182A执行基本电流源任务以及调整复杂的测量功能。这款在LabVIEW编程环境中开发的软件包含一份进阶测量指南，这有助于用户设置仪器和正确连接，以及设置基本电流源功能。此软件包具有支持delta模式、微分电导和脉冲模式测量等前进工具。使用此软件包，用户能打印用于任何预编程函数的仪器指令，它提供在定制应用中包含这些函数的起点。

微分电导

微分电导测量是非线性隧道器件和低温器件最重要和最关键的测量之一。数学上的微分电导是器件I-V曲线的导数。6220或6221与2182A纳伏表的结合使用是业内最完

整的微分电导测量方案。这些仪器组合也是快的方案：比其它可选方法的速度快10倍而且噪声低很多。在一次测量中就能获取数据，无需经过通过多次扫描再将结果进

行平均，这既耗时又容易产生误差。而且，622X和2182A简单易用，因为它们的组合可以作为单台测量仪器使用。它们简单的连接消除了其它方案很难处理的隔离和噪声电

流问题.

Delta模式

最初，吉时利为电压和电阻低噪声测量开发的delta模式法需要将2182纳伏表和可触发外部电流源结合使用。实际上，delta模式能自动触发电流源使信号极性交替变化，然后在每个极性上触发纳伏表读数。此电流反向法消除了任何恒定的热电失调，从而确保测量结果反映了真实的电压值。

同样地，这种基本方法已在622X和2182A的delta模式中采用，但是此方法在实现中已被极大地增强和简化。现在，此方法消除了随时间漂移的热电失调，只用以前方法的一半时间就能产生结果，而且允许电流源控制和设置纳伏表，因而仅需两次按钮便能完成测量设置。改进的热电失调消除和较高的读速率可将测量噪声降低至1nV。

Delta模式能准确测量低电压和小电阻。将622X和2182A正确连接后，用户只用按下电流源的Delta按钮，再按下Trigger按钮，就能启动测试。622X和2182A能无缝地配合工作并能通过GPIB接口（6221的GPIB或以太网接口）进行控制。622X提供免费的控制软件实例，包括“带领"用户完成delta模式设置过程的指南。

脉冲测试

即使测量过程本身引入的少量热量也会提升DUT的温度，从而使测试结果偏移或甚至损坏器件。通过在脉冲测量过程中为提供用户设置的脉冲电流幅度、脉冲间隔、脉冲宽度和其它脉冲参数等大灵活性，6221的脉冲测量功能使DUT的功耗降至很低。

6221凭借全量程微秒级上升时间使短脉冲（因而降低了热耗散）成为可能。6221/2182A组合使脉冲和测量同步——可以在6221施加脉冲后16μs立即开始测量。包括完整的纳伏级电压测量在内的整个脉冲宽度可仅为50μs。6221和2182A之间的工频同步消除了电力线相关的噪声。

标准波形和任意波形发生器

6221是市面上一款低电流电流源波形发生器。它能设置产生基本波形（正弦波、方波、三角波和斜波）并且用支持逐点定义波形的任意波形发生器（ARB）来定制形。它能以10兆次采样/秒的输出更新速率产生1mHz～100kHz频率范围的波形。

性能优于交流电阻桥和锁定放大器

相对交流电阻器桥和锁定放大器而言，622X/2182A组合具有许多优点，包括噪声低、输出的电流更小、测量的电压更小、到DUT的功耗更小而且成本低。而且，无需电流前置放大器。

6220和6221与自制电流源比较

许多需要电流源的研究人员和工程师尝试用电压源和串联电阻器来凑合。这是需要交流电流时的常用方法。这是由于在6220/6221推出之前市面上没有交流电流源出售。然而，自制的电流源与真电流源相比有许多缺点：

• 自制电流源没有大电压。您可能想确定在您自制的“电流源"端子上的电压永远不超过某个界限（例如，就许多光电器件来说是1～2V）。实现这个最直接方法是将电压源降至那个电压界限。这需要降低串联电阻以获得所需的电流。如果您想设置不同的电流，就必须改变电阻器的同时电压保持不变！另一种可能的办法是给DUT并联一个保护电路。这些操作没有精密的电压控制并且总是用作并联器件，因而“盗"了一部分流向DUT的设置电流。

• 自制电流源的输出不可预测。使用由电压源和串联电阻器制成的自制“电流源"，DUT的阻抗构成分压器。如果DUT电阻是可预测的，那么就能知道电流，但如果DUT电阻像大多数器件那样未知或变化，那么电流不再简单地是施加电压的函数。让电流源可预测的方法是使用很高的电阻值的串联电阻器（并且相应地采用高压电压源），这与所需的大电压恰好矛盾。虽然可以知道（如果不能控制）来自这种不可预测电流源的实际电流，但是也需要付出代价。这可以补充测量电流（例如用电压表测量串联电阻器的压降）来实现。这种测量能被用作反馈以改变电压源或简单地记录下来。无论是哪种方法，它都需要附加的设备，这进一步增加了复杂度或误差。更糟的是，如果自制电流源采用大串联电阻进行一般预测，那么此回读需要用静电计以确保准确度。