小電流測量誤差源及減小誤差的方法

確定了電流偏移、漏流及所有不穩(wěn)定性后，采取措施減小測量誤差將有助于提高測量準確度。這些誤差源包括建立時間不足、靜電干擾、漏泄電流、摩擦效應(yīng)、壓電效應(yīng)、污染、濕度、接地環(huán)路，以及源阻抗。圖5中匯總了本節(jié)討論的部分電流的幅值。


圖5.產(chǎn)生電流的典型幅值
建立時間和定時菜單設(shè)置
測量電路的建立時間在測量小電流和高電阻時尤其重要。建立時間是指施加或改變電流或電壓后測量達到穩(wěn)定的時間。影響測量電路建立時間的因素包括并聯(lián)電容(CSHUNT)和源電阻(RS)。并聯(lián)電容是由于連接電纜、測試夾具、開關(guān)和探針造成的。DUT的源電阻越高，建立時間越長。圖6的測量電路中標出了并聯(lián)電容和源電阻。


圖6.包含CSHUNT和RS的SMU測量電路

建立時間是RC時間常數(shù)τ的結(jié)果，其中：
τ = RSCSHUNT
以下為計算建立時間的一個例子，假設(shè)CSHUNT= 10pF，RS= 1TΩ，那么：
τ = 10pF × 1TΩ = 10s
因此，讀數(shù)穩(wěn)定至最終值的1%所需的建立時間為τ的5倍，也就是50秒。圖7所示為RC電路的階躍電壓指數(shù)響應(yīng)。經(jīng)過一個時間常數(shù)(τ = RC)后，電壓上升至最終值的63%。


圖7. RC電路的階躍電壓指數(shù)響應(yīng)
為了成功測量小電流，重要的是每次測量留有足夠的時間，尤其是掃描電壓時。對于掃描模式，可在“ Sweep Delay”(掃描延遲)域的“Timing”(定時)菜單中添加建立時間；對于采樣模式，則在“Interval time”域內(nèi)。為了確定需要增加多長間隔時間，通過繪制電流-時間圖，測量DUT穩(wěn)定至某個階躍電壓的建立時間。階躍電壓應(yīng)該是DUT實際測量中使用的偏執(zhí)電壓?？衫肔owCurrent項目中的ITM測量建立時間。應(yīng)適當增加“Timing”(定時)菜單中的“#Samples”，以確保穩(wěn)定后的讀數(shù)顯示在圖形中。在測量小電流時，采用“Quiet Speed Mode”或在“Timing”菜單中增加額外濾波。請注意，這是噪聲和速度之間的平衡。濾波和延遲越大，噪聲越小，但是測量速度也越小。