Nano Application of Capacitance Bridge1
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AH CV
Berkeley—杨培东—Si NW Dop-Profile
六角形的Si纳米线，纳米金做Gate 采用AH2700A，做变频CV测量
Dopant profiling and surface analysis of silicon nanowires using capacitance-voltage measurements
AH CV
半导体器件电学特性表征
IV
Keithley 4200, Keithley 4200PIV, Agilent 4156, Agilent B1500, Agilent B1500PIV
CV (微米或亚微米器件） Keithley 4200 CVU, Agilent 4284, 4294, Agilent B1500CVU
电容桥是NWs,CNT和纳米器件研究 的必备工具！！
AH CV
GeNW FET CV测量--Stanford Univ. 戴宏杰等
(a) Top-gated GeNW FET
(b) Surround-gated
Measuring the Capacitance of Individual Semiconductor Nanowires for Carrier Mobility Assessment
AH CV
Berkeley—范志勇—InAs NW Mobility
测量系统包括： AH2700A，50-20kHz精密电 容桥 Lakeshore，TTPX低温系统
(e) 顶视图InAs NW FET
Diameter-Dependent Electron Mobility of InAs Nanowires
AH CV
IBM-OKI-SiNW-Mobility
双SiNW FET法测量本证电容
如上图两个SiNW FET仅Gate的长度不同 分别进行CV测量，得到2条CV曲线 计算ΔC=C1-C2，即为ΔLG= LG1-LG2长通道的本征电容
AH CV
CNT薄膜-化学传感器-阻抗特性分析
1mm (a) 被测CNT薄膜-化学传感器 (b) CNT薄膜的SEM图像
AH CV
北京美亚先科技有限公司简介
致力于美国和亚洲的先进技术与中国市场的融合,共享,与发扬.独 家代理数家美国,欧洲,和亚洲的高科技产品(包括AH的产品).涉及 应用领域：电子,半导体测试,与机电一体化 为美国的中小高科技公司提供销售咨询与管理服务，帮助他们增 长在亚洲和中国的业务 为中国的中小高科技公司提供销售咨询与管理服务，帮助他们增 长在美国的业务 目前的合作伙伴：
AH CV
AH简介
AH电容电桥和电容标准的超高灵敏度, 准确度,稳定性成就其为世界各国的电 容计量标准 同时这些特征又使其成为物理,化学,生 物,工程,国防等领域进行微小变化研究 的最有力的工具 40多年的专业设计、制造经验的积累-成就了高品质的产品
AH CV
AH的部分客户
大学
斯坦福Stanford 麻省理工MIT 哈佛Harvard 伯克利UC Berkeley 普林斯顿Princeton 康奈尔Cornell 圣母大学Univ. of Notre Dame 宾州大学Penn State University 加州理工California Inst of Tech. 波士顿学院Boston College 加州大学洛杉矶分校UCLA 普渡大学Purdu 佛罗里达大学University of Florida 马里兰大学University of Maryland 德拉华大学University of Delaware 清华大学 中国科技大学 ….
AH CV
IBM-OKI-SiNW-Mobility
Si纳米线阵列FET
左图为Si纳米线阵列FET示意图 右图为一个器件侧面的SEM图像
• Gate的长度LG=250nm，余下部分的长度LE=375nm • 纳米线条数从6到1000不等 • 纳米线宽=70nm，线长=1µm Measurement of Carrier Mobility in Silicon Nanowires
美国Andeen-Hagerling公司 美国Keithley(吉时利)仪器公司 台湾EverBeing奕叶国际有限公司 台湾Chief SI巨克富科技有限公司 韩国Withlight(光色电测量系统)公司 美国Avtron公司 美国Tegam公司 美国Vektrex公司 美国Ohm-Labs公司 英国Time Electronics公司
AH CV
电容表测量原理图
CDUT = IDUT / 2f Vac IDUT是流过DUT的交流电流 f是测试频率 Vac是测得的交流电压
AH CV
电容电桥—完全不同工作原理
变压器比率臂电容电桥，平衡条件见上
AH CV
电容表与电容电桥的比较
电容电桥： 超高灵敏度，低噪声，超高分辨力，超高准确度 能有效地测量电容的最低值：2X10-17 F 基本准确度：3X10-6 电容表： 更宽动态范围(但不够灵敏),测量速度快,更宽频率范围 能有效地测量电容的最低值：2X10-13 F 基本准确度：3X10-3
AH CV
Βιβλιοθήκη Baidu
纳米电子学表征应用介绍
1 “Measurement of carrier mobility in silicon nanowires”, Nano Letters, Vol.8,No.6, 1566-1571, 2008 IBM ResearchDiv. T.J. Watson research Center (Oki Gunawan, Joeg Appenzeller 等) 2 “Dopant profiling and surface analysis of SiNWs using C-V measurement”, Nature Nanotechnology, March 2009 Chem dept, EECS dept, MSE dept, UC-Berkeley （杨培东等） Materials Sciences Div, Lawrence Berkely National Laboratory 3 “Measuring the capacitance of individual NWs for carrier mobility assessment”, Nano Letters,Vol.7 No. 6,15611565, 2007 Chem dept, EE dept, MSE dept, Stanford University (戴宏杰等) 4 “Diameter-dependent electron Mobility of InAs NWs”, Nano Letters, Vol.9, No. 1,360-365, 2009 EECS dept, Berkely Sensor & Actuator Center, UC-Berkeley (范志勇等) Materials Sciences Div, Lawrence Berkely National Laboratory ECE dept, University of Floria 5 “CNT transistors with 60mV/decade switching and its capacitance measurement”, NSTI-Nanotech ISBN 1420061828 Vol. 1, 2007 Phys dept, Chem dept, Advance materials Lab, EE dept, Stanford University (戴宏杰等) 6 “Hole levels in InAs self-assembled quantum dots”, Physical Review B 75, 233305, 2007 High Field magnet Lab, Institue for Molecules and Materials, Radboud University, Netherlands Ruhr University, Germany 7 “ Bottom-up growth of fully transparent contact layers of indium oxide NWs for light-emitting devices”, Nature Nanotechnology, published online: Feb 1, 2009 8 “ Transission line impedance of CNT thin films for chemical sensing” Dept of Phys & (1) Center for Superconductivity Research, (2) Material Research Center, U. of Maryland
CV (亚微米器件, NWs, CNT, QD…) AH2550 (单频）， AH2700 （多频） 技术难点：aF和低fF级的信号，但有pF级的背景杂 散电容
AH CV
典型应用 - CV测量
扫描电压，例：从-5V到+5V，步进0.2V 在每个直流电压偏置点加小交流激励(从极低频至高频) 测量对应每个直流电压偏置点的电容值
国家实验室和政府机构
中科院物理所 中国计量科学研究院NIM 美国国家标准技术研究院 NIST 罗伦斯立佛莫国家实验室Lawrence Livermore Labs 罗斯-阿拉莫斯国家实验室Los Alamos Nat. Lab 美国国家航空航天局NASA 圣地亚国家实验室Sandia Nat. Labs 布鲁克海文国家实验室Brookhaven Nat. Labs 橡树岭国家实验室Oak Ridge Nat. Labs JPL 美国空军海军陆军US Air Force, Navy, Army ……
商用的最准确的电容/损耗电桥和最稳定的标准电容 供应商 1966 Dr.Andeen开始改进当时的商用电容电桥 1968 Hagerling 进 CWRU(美国凯斯西储大学)物理 系PhD program,开始与Andeen合作 1978 Andeen和Hagerling开始为大学和 实验室做特殊定制的电容桥和电容标准 1982 Andeen-Hagerling Inc. （安登海格林公司，简称AH）成立 1982 第一台电容电桥 AH2500 问世 目前,数千台AH的电容电桥和电容标准 在超过50多个国家广泛使用
公司
因特尔Intel IBM 惠普Hewlett-Packard 施乐Xerox 霍尼韦尔Honeywell 安捷伦Agilent 波音Boeing 摩托罗拉Motorola MKS Instruments 朗讯Lucent Technologies 3M 洛克希德-马丁Lockheed Martin 天合TRW 斯伦贝谢Schlumberger 德州仪器Texas Instruments 伊顿Eaton AVX Corp ……
Capacitance Bridge – nano electronics applications 电容电桥及其在纳米电子学中的应用
Outline / 内容提要
1 2 3
AH 简介，电容测量的2种方法
纳米电子学表征应用介绍
电容电桥丰富多彩的应用
4
精密电容测量的挑战
AH CV
Andeen-Hagerling Inc. 简介
……
AH CV
CV纳米电子学表征应用
NWs 和 CNT 的（electron）迁移率的研究
一维通道器件与二维器件特性对比 通道线长等几何尺寸对器件特性的影响 NWs 参杂分布，表面特性的分析 NWs和 CNT 制造工艺参数分析 纳米器件CV频率特性（interface trap density) 分析 纳米器件材料特性分析 介电层特性分析 纳米器件及制作的温度特性分析 ……
Berkeley—杨培东—Si NW Dop-Profile
六角形的Si纳米线，纳米金做Gate 采用AH2700A，做变频CV测量
Dopant profiling and surface analysis of silicon nanowires using capacitance-voltage measurements
AH CV
半导体器件电学特性表征
IV
Keithley 4200, Keithley 4200PIV, Agilent 4156, Agilent B1500, Agilent B1500PIV
CV (微米或亚微米器件） Keithley 4200 CVU, Agilent 4284, 4294, Agilent B1500CVU
电容桥是NWs,CNT和纳米器件研究 的必备工具！！
AH CV
GeNW FET CV测量--Stanford Univ. 戴宏杰等
(a) Top-gated GeNW FET
(b) Surround-gated
Measuring the Capacitance of Individual Semiconductor Nanowires for Carrier Mobility Assessment
AH CV
Berkeley—范志勇—InAs NW Mobility
测量系统包括： AH2700A，50-20kHz精密电 容桥 Lakeshore，TTPX低温系统
(e) 顶视图InAs NW FET
Diameter-Dependent Electron Mobility of InAs Nanowires
AH CV
IBM-OKI-SiNW-Mobility
双SiNW FET法测量本证电容
如上图两个SiNW FET仅Gate的长度不同 分别进行CV测量，得到2条CV曲线 计算ΔC=C1-C2，即为ΔLG= LG1-LG2长通道的本征电容
AH CV
CNT薄膜-化学传感器-阻抗特性分析
1mm (a) 被测CNT薄膜-化学传感器 (b) CNT薄膜的SEM图像
AH CV
北京美亚先科技有限公司简介
致力于美国和亚洲的先进技术与中国市场的融合,共享,与发扬.独 家代理数家美国,欧洲,和亚洲的高科技产品(包括AH的产品).涉及 应用领域：电子,半导体测试,与机电一体化 为美国的中小高科技公司提供销售咨询与管理服务，帮助他们增 长在亚洲和中国的业务 为中国的中小高科技公司提供销售咨询与管理服务，帮助他们增 长在美国的业务 目前的合作伙伴：
AH CV
AH简介
AH电容电桥和电容标准的超高灵敏度, 准确度,稳定性成就其为世界各国的电 容计量标准 同时这些特征又使其成为物理,化学,生 物,工程,国防等领域进行微小变化研究 的最有力的工具 40多年的专业设计、制造经验的积累-成就了高品质的产品
AH CV
AH的部分客户
大学
斯坦福Stanford 麻省理工MIT 哈佛Harvard 伯克利UC Berkeley 普林斯顿Princeton 康奈尔Cornell 圣母大学Univ. of Notre Dame 宾州大学Penn State University 加州理工California Inst of Tech. 波士顿学院Boston College 加州大学洛杉矶分校UCLA 普渡大学Purdu 佛罗里达大学University of Florida 马里兰大学University of Maryland 德拉华大学University of Delaware 清华大学 中国科技大学 ….
AH CV
IBM-OKI-SiNW-Mobility
Si纳米线阵列FET
左图为Si纳米线阵列FET示意图 右图为一个器件侧面的SEM图像
• Gate的长度LG=250nm，余下部分的长度LE=375nm • 纳米线条数从6到1000不等 • 纳米线宽=70nm，线长=1µm Measurement of Carrier Mobility in Silicon Nanowires
美国Andeen-Hagerling公司 美国Keithley(吉时利)仪器公司 台湾EverBeing奕叶国际有限公司 台湾Chief SI巨克富科技有限公司 韩国Withlight(光色电测量系统)公司 美国Avtron公司 美国Tegam公司 美国Vektrex公司 美国Ohm-Labs公司 英国Time Electronics公司
AH CV
电容表测量原理图
CDUT = IDUT / 2f Vac IDUT是流过DUT的交流电流 f是测试频率 Vac是测得的交流电压
AH CV
电容电桥—完全不同工作原理
变压器比率臂电容电桥，平衡条件见上
AH CV
电容表与电容电桥的比较
电容电桥： 超高灵敏度，低噪声，超高分辨力，超高准确度 能有效地测量电容的最低值：2X10-17 F 基本准确度：3X10-6 电容表： 更宽动态范围(但不够灵敏),测量速度快,更宽频率范围 能有效地测量电容的最低值：2X10-13 F 基本准确度：3X10-3
AH CV
Βιβλιοθήκη Baidu
纳米电子学表征应用介绍
1 “Measurement of carrier mobility in silicon nanowires”, Nano Letters, Vol.8,No.6, 1566-1571, 2008 IBM ResearchDiv. T.J. Watson research Center (Oki Gunawan, Joeg Appenzeller 等) 2 “Dopant profiling and surface analysis of SiNWs using C-V measurement”, Nature Nanotechnology, March 2009 Chem dept, EECS dept, MSE dept, UC-Berkeley （杨培东等） Materials Sciences Div, Lawrence Berkely National Laboratory 3 “Measuring the capacitance of individual NWs for carrier mobility assessment”, Nano Letters,Vol.7 No. 6,15611565, 2007 Chem dept, EE dept, MSE dept, Stanford University (戴宏杰等) 4 “Diameter-dependent electron Mobility of InAs NWs”, Nano Letters, Vol.9, No. 1,360-365, 2009 EECS dept, Berkely Sensor & Actuator Center, UC-Berkeley (范志勇等) Materials Sciences Div, Lawrence Berkely National Laboratory ECE dept, University of Floria 5 “CNT transistors with 60mV/decade switching and its capacitance measurement”, NSTI-Nanotech ISBN 1420061828 Vol. 1, 2007 Phys dept, Chem dept, Advance materials Lab, EE dept, Stanford University (戴宏杰等) 6 “Hole levels in InAs self-assembled quantum dots”, Physical Review B 75, 233305, 2007 High Field magnet Lab, Institue for Molecules and Materials, Radboud University, Netherlands Ruhr University, Germany 7 “ Bottom-up growth of fully transparent contact layers of indium oxide NWs for light-emitting devices”, Nature Nanotechnology, published online: Feb 1, 2009 8 “ Transission line impedance of CNT thin films for chemical sensing” Dept of Phys & (1) Center for Superconductivity Research, (2) Material Research Center, U. of Maryland
CV (亚微米器件, NWs, CNT, QD…) AH2550 (单频）， AH2700 （多频） 技术难点：aF和低fF级的信号，但有pF级的背景杂 散电容
AH CV
典型应用 - CV测量
扫描电压，例：从-5V到+5V，步进0.2V 在每个直流电压偏置点加小交流激励(从极低频至高频) 测量对应每个直流电压偏置点的电容值
国家实验室和政府机构
中科院物理所 中国计量科学研究院NIM 美国国家标准技术研究院 NIST 罗伦斯立佛莫国家实验室Lawrence Livermore Labs 罗斯-阿拉莫斯国家实验室Los Alamos Nat. Lab 美国国家航空航天局NASA 圣地亚国家实验室Sandia Nat. Labs 布鲁克海文国家实验室Brookhaven Nat. Labs 橡树岭国家实验室Oak Ridge Nat. Labs JPL 美国空军海军陆军US Air Force, Navy, Army ……
商用的最准确的电容/损耗电桥和最稳定的标准电容 供应商 1966 Dr.Andeen开始改进当时的商用电容电桥 1968 Hagerling 进 CWRU(美国凯斯西储大学)物理 系PhD program,开始与Andeen合作 1978 Andeen和Hagerling开始为大学和 实验室做特殊定制的电容桥和电容标准 1982 Andeen-Hagerling Inc. （安登海格林公司，简称AH）成立 1982 第一台电容电桥 AH2500 问世 目前,数千台AH的电容电桥和电容标准 在超过50多个国家广泛使用
公司
因特尔Intel IBM 惠普Hewlett-Packard 施乐Xerox 霍尼韦尔Honeywell 安捷伦Agilent 波音Boeing 摩托罗拉Motorola MKS Instruments 朗讯Lucent Technologies 3M 洛克希德-马丁Lockheed Martin 天合TRW 斯伦贝谢Schlumberger 德州仪器Texas Instruments 伊顿Eaton AVX Corp ……
Capacitance Bridge – nano electronics applications 电容电桥及其在纳米电子学中的应用
Outline / 内容提要
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AH 简介，电容测量的2种方法
纳米电子学表征应用介绍
电容电桥丰富多彩的应用
4
精密电容测量的挑战
AH CV
Andeen-Hagerling Inc. 简介
……
AH CV
CV纳米电子学表征应用
NWs 和 CNT 的（electron）迁移率的研究
一维通道器件与二维器件特性对比 通道线长等几何尺寸对器件特性的影响 NWs 参杂分布，表面特性的分析 NWs和 CNT 制造工艺参数分析 纳米器件CV频率特性（interface trap density) 分析 纳米器件材料特性分析 介电层特性分析 纳米器件及制作的温度特性分析 ……