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、壓電效應、污染、濕度、接地環路，以及源阻抗。圖5中匯總了本節討論的部分電流的幅值。


圖5.產生電流的典型幅值
建立時間和定時菜單設置
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定的時間。影響測量電路建立時間的因素包括并聯電容(CSHUNT)和源電阻(RS)。并聯電容是由于連接電纜、測試夾具、開關和探針造成的。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τ的結果，其中：
τ = RSCSHUNT
以下為計算建立時間的一個例子，假設CSHUNT= 10pF，RS= 1TΩ，那么：
τ = 10pF × 1TΩ = 10s
因此，讀數穩定至最終值的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響應。經過一個時間常數(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響應
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。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穩定至某個階躍電壓的建立時間。階躍電壓應該是DUT實際測量中使用的偏執電壓。可利用LowCurrent項目中的ITM測量建立時間。應適當增加“Timing”(定時)菜單中的“#Samples”，以確保穩定后的讀數顯示在圖形中。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。