柔性電子材料“動態”測試難點

     柔性電子材料在使用過程中會被反復彎折扭曲，在此過程中材料表面和內部的應力狀態和微觀結構都會逐漸發生變化,進而影響材料的電學性能和壽命。用多次反復彎折扭曲等方法來測試柔性材料的耐疲勞性,穩定性和壽命衰減特性已經逐漸成為柔性電子器件不可缺少的表征手段。

     為了保證柔性電子的正常使用,柔性材料應用在電路中時必須要對柔性材料的電學特性做一個詳細的了解。因為柔性材料在形變后他的阻抗會發生變化,并且形變程度不同,阻抗的變化也不同。需要進行l-V特性測試,并實時監測V-t、l-t以及R-t的變化曲線,且在測試時尤其要注意柔性材料折疊裝置與I-V測試設備間的同步問題。傳統測試柔性電子材料的電學特性都是人工測量,需要一臺電壓源,電流表,再手動算出電阻值的變化。而電源或者萬用表只能當作源或者表來使用,相互搭配完成l-V測量,不能滿足一機多用的測試場景,而且對于測量精度要求較高及與折疊裝置同步要求精度高的場景無法保證。

普賽斯柔性測試系統:打造標準化、高效率的“動態”測試解決方案

    普賽斯儀表攜手業內知名廠商共同打造的柔性電子材料測試系統,通過組合不同動作的測試夾具,可以模擬扭、轉、彎、折、卷等5種基本測試動作,11個基礎模擬測試動作,實現一機多用,讓柔性測試標準化。不僅可以測試柔性材料的折、彎、扭、拉、卷等五種基本動作,而且可以進行柔性材料的I-V特性測試,是目前研究柔性材料的重要測試系統,能夠大幅提升開發驗證效率和降低測試成本。

圖：柔性測試系統夾具

    普賽斯深耕半導體I-V測試領域,一直致力于自主研發國產源表產品,并率先推出S系列高精度數字源表,集電壓、電流的輸入輸出及測量等功能于一體，同時還可以作為電子負載來吸收能量。Z大電壓300v,最小電流100pA,輸出精度達到0.1%,Z大功率為30W,實現快速、精準的測量材料的電參數,廣泛應用于印刷電極、導電高分子、石墨烯、傳感器、柔性太陽能電池、OLED以及電子皮膚等柔性電子材料的l-V特性測試場景。

柔性電子材料“靜態”測試

    柔性電子器件是以柔性電子材料為基礎,結合微納米加工與集成技術,制造可實現邏輯放大、濾波、數據存儲、傳感等功能的新一代柔性電子元器件。柔性半導體器件可分為無機半導體器件、碳基半導體器件以及柔性有機場效應晶體管(OFET)三大類,其中有機場效應晶體管因具有以下幾個突出特點而受到研究人員的極大重視:材料來源廣、可與柔性襯底兼容、低溫加工、適合大批量生產和低成本等,可用于記憶組件、傳感器、有機激光、超導材料制備等。

    有機場效應晶體管(OFET)是通過電場來調控有機半導體層導電性的有源器件,由三個電極即源極(source)、漏極(drain)、柵極(gate)、有機半導體層和柵絕緣層組成,典型結構為頂接觸類和底接觸類,當然還有非典型結構如雙有源層類或雙絕緣層類等。對有機場效應晶體管（OFET)的測試主要包括l-V測試和C-V測試。

圖：有機場效應晶體管(OFET)結構

圖：有機場效應晶體管(OFET)I-V曲線

I-V測試

   I-V測試是用來提取器件的關鍵參數,研究制造工藝的效應,確定觸點的質量的主要方法之一。包括輸入/輸出特性測試、閾值電壓測試、擊穿測試以及漏電流測試等。

   普賽斯S或P系列高精度數字源表,集電壓、電流的輸入輸出及測量等功能于一體,同時還可以作為電子負載來吸收能量。Z大電壓300v,最小電流10pA,輸出精度達到0.1%,Z大功率為30W,實現快速、精準的測量材料的電參數,廣泛應用于印刷電極、導電高分子、石墨烯、傳感器、柔性太陽能電池、OLED以及電子皮膚等柔性電子材料的I-V特性測試場景。

輸入/輸出特性測試

    OFET是用柵電壓控制源漏電流的器件,在某一固定漏源電壓下,可測得一條IDs~VGs關系曲線,對應一組階梯漏源電壓可測得━簇直流輸入特性曲線。OFET在某一固定的柵源電壓下所得IDs~VDs關系即為直流輸出特性,對應一組階梯柵源電壓可測得一簇輸出特性曲線。

閾值電壓VGs(th)

    VGs(th)是指柵源電壓能使漏極開始有電流的VGs值;

漏電流測試

    lGss(柵源漏電流)是指在特定的柵源電壓情況下流過柵極的漏電流;lDss(零柵壓漏極電流)是指在當VGs=0時,在指定的Vos下的DS之間漏電流;

耐壓測試

    VDss(漏源擊穿電壓):是指在VGs=0的條件下,增加漏源電壓過程中使lo開始劇增時的Vos值。

C-V測試

    C-V測量常用于監控OFET的制造工藝,通過測量OFET電容高頻和低頻時的C-V曲線,可以得到柵氧化層厚度tox、氧化層電荷和界面態密度Dit、平帶電壓Vfb、硅襯底中的摻雜濃度等參數。一般包括Ciss(輸入電容)、Coss(輸出電容)以及Crss(反向傳輸電容)的測試。常用測試方法是在VGE=0的條件下,在集電極與發射級間施加直流偏壓,同時利用一個交流信號(頻率一般在10KHz到1MHz之間)進行測量。

柔性薄膜材料電阻率測試

    薄膜是一種二維材料，它在厚度方向上的尺寸很小,往往為納米至微米量級,電子半導體功能器件和光學鍍膜是薄膜技術的主要應用。薄膜材料可以分為非電子薄膜材料和電子薄膜材料，電子薄膜材料又可分為半導體薄膜、介質薄膜、電阻薄膜、光電薄膜等,表面電阻率是電子薄膜材料比較重要的電學參數。

    表面電阻率常用方法是四探針測試法。四探針測試法簡單的來講是將四個探針等距放置樣品上,外側兩個探針提供電流,內部兩個探針測試電壓,然后通過測得的數據算出電阻率;用源表加探針臺即可手動或編寫軟件自動完成測試。

    普賽斯S/P系列高精度數字源表集電壓、電流的輸入輸出及測量等功能于一體。Z大電壓300V,最小電流10pA,輸出精度達到0.1%,搭配第三方探針臺，滿足不同電子薄膜材料電阻率測試需求,同時提供SPI編程指令集,方便編寫軟件自動測試。

     武漢普賽斯一直專注于半導體的電性能測試儀表開發,基于核心算法和系統集成等技術平臺優勢,率先自主研發了高精度數字源表、脈沖式源表、窄脈沖源表、集成插卡式源表等產品,廣泛應用在半導體器件材料的分析測試領域。