在納米科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，測(cè)量納安級(jí)以下的直流電流十分常見。高增益跨阻放大器的增益和偏移熱漂移限制了測(cè)量的靈敏度和精度。下面介紹一種跨阻放大器，并量化了其在增益和偏移穩(wěn)定性方面對(duì)納米科學(xué)實(shí)驗(yàn)中常用的商用跨阻放大器(FEMTO  DDPCA-300)的改進(jìn)。

亞飛安級(jí)靈敏度

可變?cè)鲆鎭嗭w安級(jí)跨阻放大器 DDPCA-300 優(yōu)異的設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)低至 0.2 fA/√Hz 的輸入噪聲值和 0.4 fA 的峰峰值噪聲。增益可在 10?~1013 V/A 的極寬范圍內(nèi)手動(dòng)設(shè)置，也可通過(guò)遠(yuǎn)程接口設(shè)置。因此，只需切換增益范圍，該放大器就能覆蓋超過(guò) 240 dB 的大動(dòng)態(tài)范圍，實(shí)現(xiàn)從亞飛安級(jí)到毫安級(jí)電流的測(cè)量。緊湊型外殼經(jīng)過(guò)優(yōu)化，可貼近信號(hào)源使用，避免因長(zhǎng)電纜導(dǎo)致的信號(hào)干擾或噪聲拾取。放大器集成多種濾波器，可根據(jù)不同的信號(hào)條件調(diào)整帶寬。通過(guò)針對(duì)特定應(yīng)用選擇合適的濾波器設(shè)置，即可優(yōu)化信噪比與測(cè)量速度。即使在最高增益設(shè)置下，該放大器的測(cè)量速度也足以實(shí)現(xiàn)飛安級(jí)電流的實(shí)時(shí)測(cè)量，無(wú)需額外的信號(hào)平均處理或長(zhǎng)時(shí)間測(cè)試(見下圖)。

低漂移特性，保障長(zhǎng)期穩(wěn)定性能

在飛安級(jí)電流測(cè)量中，漂移與失調(diào)電流極易造成測(cè)量誤差和基線偏移。DDPCA-300 跨阻放大器的設(shè)計(jì)充分優(yōu)化了長(zhǎng)期穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)了極低的漂移。下圖顯示，該放大器在超過(guò) 7 小時(shí)的測(cè)試周期內(nèi)，基線漂移小于 0.5 fA。針對(duì)不可避免的失調(diào)(如溫度相關(guān)失調(diào))，放大器配備了微調(diào)電位器，可用于消除多余的失調(diào)電流，實(shí)現(xiàn)基線調(diào)零。

源極偏置功能助力器件表征

DDPCA-300 的超高靈敏度可應(yīng)用于低電流測(cè)量場(chǎng)景，例如高阻半導(dǎo)體(如 MOS 管或結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管)或量子點(diǎn)器件的表征。放大器輸入端可直接提供可調(diào)電壓，為待測(cè)器件(DUT)提供偏置。偏置電壓可在 ±10 V 范圍內(nèi)手動(dòng)調(diào)節(jié)或通過(guò)遠(yuǎn)程接口調(diào)節(jié)，支持在光譜測(cè)量中完成待測(cè)器件在不同偏置電壓下的表征。對(duì)于光電流測(cè)量或粒子物理束流監(jiān)測(cè)等無(wú)需偏置電壓的應(yīng)用，可便捷關(guān)閉偏置電壓功能。

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納安電流跨阻前置放大器DDPCA-300用于納米科學(xué)實(shí)驗(yàn)

納安電流跨阻前置放大器DDPCA-300用于納米科學(xué)實(shí)驗(yàn)