超高電阻/超低電流測量的 Keithley 靜電計

從三個敏感選項中選擇，實現精確的高阻抗和低電流測量。5? 位 6514 型和 6517B 型靜電計提供 1fA 靈敏度，輸入阻抗 >200TΩ 的電壓測量，以及低至 10fC 的電荷測量。6? 位 6430 型亞 fA 遠程 SourceMeter SMU 儀器能夠以 1aA 的靈敏度測量電流。其噪聲低、偏差小，非常適用于研究單電子器件、高電阻納米線和納米管、聚合物以及電化學應用。

吉時利5位半6517B靜電計/高阻表提供的精 度和靈敏度指標高于其他同類型儀表。它還具有 完備的功能，使測量高阻和絕緣材料電阻率變得 簡單。6517B具有425讀數/秒的測試速率，比同 類型的靜電計快很多，可以提供快速、簡易的弱 電流測量能力測量弱電流。

主要特點:

• 電阻測量可達1016 Ω

• 電流測量范圍1fA - 20mA

• 最小電流量程輸入端壓降<20μV

• 200TΩ 輸入阻抗

• <3fA 偏置電流

• 測試速率高達425 rdgs/s

• 噪聲0.75fA p-p

• 內置±1kV電壓源

• 獨特的高電阻測量電壓反接方法

• 可選的插件式掃描卡

出眾的性能指標

半機架型6517B靜電計/高阻表具有特殊的低 電流輸入放大器，其輸入偏置電流<3fA，噪聲僅 0.75fA p-p (峰-峰) ，輸入端壓降<20μV。對于 接近理想的電路負載，其電壓和電阻測量的輸入 阻抗是200TΩ。這些性能指標確保物理、光學、納米技術和材料科學等研究領域低電流和高阻抗電壓、電阻和電荷測量所需的準確 度和靈敏度。內置±1kV的電壓源具有掃描能力，從而簡化漏流測試、擊穿電壓測試 和電阻測試，以及絕緣材料的體電阻率(Ω-cm) 及表面電阻率(Ω/square) 的測量。

測量范圍寬

6517B型靜電計/高阻表具有全自動量程，超過電流、電阻、電壓和電荷測量滿量程：
? 電流測量范圍：1fA - 20mA
? 電壓測量范圍：10μV - 200V
? 電阻測量范圍：50Ω - 1016Ω
? 電荷測量范圍：10fC - 2μC

改進的高靈敏度測量

許多測試應用要求測量高級別材料的電阻率（面電阻率和體電阻率）。傳統測 量方法是對樣本施加足夠高的電壓，測量流經樣本的電流，然后利用歐姆定律(R=V /I)計算其電阻。雖然高阻材料和器件產生很小的電流，很難準確進行測量，但利用 吉時利靜電計和皮安計則可以成功地進行這種測量。

即使利用高精度儀器，材料中固有的背景電流使得進行準確測量較為 困難。由于壓電效應、電容效應和偏振效應，絕緣材料、聚合物和塑料通 常都顯示出背景電流。這些背景電流一般等于或大于施加電壓產生的電流。 在這些情況下，其測量結果往往是不穩定的，生成不準確的電阻或電阻率 讀數甚至錯誤的負值。吉時利6517B型靜電計/高阻表旨在解決這些問題， 并為各種材料和元件提供一致、可重復和精準的測量，特別是與8009型電 阻測試夾具一起使用時。

變換極性法

6517B型靜電計/高阻表使用變換電極法，實際上消除了樣本的背景電 流。并剔除背景電流的第一級和第二級漂移。變換電極法施加一個正極性 電壓，然后在指定延遲（測量時間）后測量電流。接著，改變電壓極性， 使用相同的延遲，重新測量電流。連續重復這個過程，并根據4個最新電 流測量結果的加權平均值計算出電阻。對大多數材料來說，通過7次反轉(即 舍棄前三個讀數)，這個方法通常生成可高度重復、準確的電阻（或電阻 率）測量結果。例如，利用8009型測試夾具0.3%的重復度，可對1mm厚 的1014Ω-cm材料樣本進行測量，在15秒測試周期內其背景電流低于200fA。

與數字多用表類似的簡單操作

6517B型靜電計/高阻表采用與數 字多用表類似的簡易操作，可通過前 面板，利用單一按鈕控制電阻測量等 重要功能。還可以通過內置IEEE-488 接口實施控制，因此，可利用計算機 控制器通過總線對所有功能進行編程。

高精度高阻測量

6517B型靜電計/高阻表的諸多特 性和能力有助于確保高阻測量應用的 準確度。例如，其內置電壓源簡化了 絕緣器電阻率和所用電源電壓電平之 間關系的確定。它還非常適合電容器 泄漏和絕緣電阻測量、印刷電路板表 面絕緣電阻測試、電阻器電壓系數測 試以及二極管泄漏特性分析。

溫度和濕度測試

濕度和溫度可能嚴重影響材料的 電阻率值。為了幫助您準確比較在不 同情況下測得的讀數，6517B型靜電 計/高阻表提供內置K型熱電偶和一個 可選的6517-RH型相對濕度探頭。其 內置數據存儲緩沖器允許記錄和調用 具有時間、溫度和相對濕度Stamping 的讀數。

附件擴展測量能力

利用多種可選附件，可以擴展 6517B型靜電計/高阻表的應用，并改 進其性能。

掃描卡。利用兩張掃描卡，可以簡化 多個信號的掃描。每張卡都可以輕松 插入儀器后面板的插槽。6521型掃描 卡提供10個低電平電流掃描通道。 6522型掃描卡提供10個高阻抗電壓開 關或低電流開關通道。

測試夾具。8009型電阻率夾具是一款 受保護的測試夾具，用于樣本材料的 體電阻率和表明電阻率測量。它包括 按ASTM標準構建的不銹鋼電極。該 夾具的電極尺寸已在6517B型靜電計 /高阻表預編程，因此無需計算其數 值，可以稍后手動輸入。這個附件旨 在保護用戶避免接觸潛在的危險電壓 ——自動開啟夾具蓋，關閉6517B型 靜電計/高阻表電壓源輸出。

應用

6517B型靜電計/高阻表非常適合物 理、光學、納米技術和材料科學等研究 領域的低電流和高阻抗電壓、電阻和電 荷測量。其極低的電壓降非常適合太陽 能電池測量，其內置電壓源和低電流靈 敏度使之成為基于聚合物的納米線等高 阻測量的出眾解決方案。其高速和易用 性使之成為質量控制、產品工程和生產 測試（包括漏流、擊穿和電阻測試）應 用的極好選擇。利用6517B型靜電計/高 阻表的電壓反轉方法，可以大幅改進對 絕緣材料的體電阻率和表面電阻率測量。 6517B型靜電計/高阻表還非常適合電化 學應用，如離子選擇性電極和pH測量、 電導電池和電勢測定。

改進型6517B靜電計/高阻表

6517B型靜電計/高阻表是一款升 級型號，用于取代1996年推出的6517A 型儀器。利用SCPI指令為6517A型儀器 建造的軟件應用程序無需任何修改即可 用于6517B型靜電計/高阻表。不過，同 早期的6517A設計相比，6517B型靜電 計/高阻表進行了一些改進。其內部電 池供電的內存緩存可存儲高達50,000個 讀數，允許用戶更長時間地記錄測試結 果，并存儲更多與讀數有關的數據。該 新型儀器還為內部緩存提供更快的讀取 速度(高達425讀數/秒)，還可通過IEEE 總線存入外部存儲器(速度高達400讀數 /秒)。為了滿足現代連接和安全需求， 6517B型還連接器進行了幾處改動。

電壓

常模抑制比（NMRR）：2V和20V量程>60dB, 200V量程>55dB。
50Hz或60Hz2。
共態抑制比（CMRR）：直流時>120dB，50Hz或60Hz。
輸入阻抗：>200TΩ，并聯20pF電容，保護電容<2pF(1MΩ零檢查)。
前置放大器輸出端的小信號帶寬: 典型值100kHz (–3dB)。

注：

1. 適當歸零時，5?位，1個PLC (電力線周期)，中值濾波器開啟, 數字濾波器 = 10個讀數。
2. 線路同步。

電流

輸入偏置電流：<3fA（典型值）。
溫度系數 = 0.5fA/°C，20pA量程。
輸入偏置電流噪聲：<750aA p-p (capped input)，帶寬0.1Hz～10Hz， 阻尼。數字濾波器= 40讀數，量程20pA。
輸入電壓降（典型溫度±1°C）：
在20pA, 2nA, 20nA, 2μA與20μA量程時，<20μV。
在200pA, 200nA與200μA量程時，<100μV。
在2mA量程時，<.2mV。在20mA量程時，<5mV。
輸入電壓降溫度系數：在pA, nA與μA量程時，<10μV/°C。
前置放大器建立時間(達到最終值10%)典型值：在pA量程時， 為0.5s (阻尼關閉)和2.0 s (阻尼開啟)。在nA量程時，為15ms (阻尼關閉)；在μA量程時，為1ms (阻尼關閉)；在mA量程時， 為500μs (阻尼關閉)。
常模抑制比（NMRR）：在50Hz或60Hz3時，在各個量程均>60dB。

注：
1. 適當歸零時，5?位，1個PLC (電力線周期)，中值濾波器開啟, 數字濾波器 = 10個讀數。
2. aA = 10-18A，fA = 10-15A
3. 線路同步。

電阻(常規方法)

注：
1. 自動電壓源歐姆性能指標，適當歸零時，5?位，1個PLC (電力線周期)，中值濾波器開啟, 數字濾波器 = 10個讀數。如果需要用戶可選電壓，請使用手動模式。手動模式顯示通過測 得電流計算出的電阻(高達1018Ω)。其準確度等同于電壓源準確度加選定電流量程的準確度。
前置放大器建立時間：在電流性能指標中，為前置放大器建立時間增加電壓源建立時間。
超過20GΩ的范圍需要根據載荷特性額外設定。

電阻(變換極性法)

變換極性序列可以補償待測材料或期間的背景（偏移）電流。最大容許偏移為所用電流量程 的滿刻度。
使用吉時利8009夾具
可靠性：ΔIBG?× R/VALT?+ 0.1% (1σ) (儀器溫度常數±1°C)。
準確度：(VSRCErr + IMEASErr × R)/VALT
其中：ΔIBG是測量得到的來自樣本和測試夾具的典型背景電流噪聲。
VALT是使用的變換極性電壓。
VSRCErr是使用VALT作為設置的電壓源準確度(單位：V) 。
IMEASErr是使用作為VALT?/R讀數的電流計準確度(單位：A)。

電壓源

最大輸出電流：
100V量程：±10mA, 在<14mA時，采取硬件短路電流保護。
1000V量程：±1mA, 在<1.4mA時，采取硬件短路電流保護。
建立時間：
100V量程：到達額定準確度<8m s。
1000V量程：到達額定準確度<50ms。
噪聲(典型值)：
100V量程：<2.6mV rms。
1000V量程：<2.9mV rms。

電荷

注：
1. 性能指標適用于電荷剛采集后。增加
|QAV| (4fA + _____ ) TA?RC 其中，TA?= 電荷歸零與測量之間的時間周期（單位：秒）
QAV = 在TA周期測得的平均電荷，RC = 300,000（典型值）。
2. 適當歸零時，5?位，1個PLC (電力線周期)，中值濾波器開啟, 數字濾波器 = 10個讀數。
輸入偏置電流: 典型值時，<4fA。溫度系數= 0.5fA/°C，量程2nC。

溫度（熱電偶）

注：1. 不包括探測誤差，Tcal ± 5°C, 1 PLC積分時間。

濕度

注： 1. 必須增加濕度探測準確度。對于6517-RH型，為±3% RH，探測環境溫度高達65°C， 不超過85°C。

6517B型靜電計/高阻表后面板

IEEE-488總線實現

實現：SCPI (IEEE-488.2, SCPI-1999.0)。
從觸發到完成讀數：150ms典型值，包括外部觸發器。
RS-232實現：支持：SCPI 1991.0。波特率: 300, 600, 1200, 2400,4800, 9600, 19.2k, 38.4k, 57.6k與115.2k。
流程控制：無，Xon/Xoff。
連接器：DB-9 TXD/RXD/GND。

公共指標

過量程指示：當讀數>105%量程時，顯示讀數 “OVERFLOW”（超額）。對于 嚴重過量程情況，顯示 “OUT OF LIMIT”（超限）。
量程設置：自動或手動。
轉換時間：可選擇0.01PLC至10PLC。
最大輸入：250V峰值，直流至60Hz正弦波；對于mA量程，每分鐘最大值10s。
最大共模電壓(直流至60Hz正弦波)：靜電計，500V峰值；電壓源，750V峰值。
隔離(儀表公共端至底盤)：>1010Ω,<500pF。
輸入連接器：后面板包含3個三同軸電纜連接器。
2V模擬輸出：對滿量程輸入，為2V。在電壓模式下非反相，測量電流、電阻 或電荷時反相。輸出阻抗10kΩ。
峰值輸出：為電壓測量提供保護輸出。在電流和電荷模式下可以用作反相輸出 或外部反饋。
外部觸發器：TTL兼容的外部觸發器與靜電計。
保護：切換至可用電壓保護。
數字I/O與觸發線路：可用，參見使用手冊。
EMC：符合歐盟指令89/336/EEC, EN 61326-1。
安全：符合歐盟指令73/23/EEC, EN 61010-1。
讀數存儲：50,000。
讀數率：
至內部緩存：425 讀數/秒1
至IEEE-488總線：400讀數/秒1,2
總線傳輸：3300讀數/秒2
1. 0.01PLC，數字濾波器關閉，前面板關閉，溫度+ RH關閉，線路同步關閉。
2.二進制傳輸模式。
數字濾波器 ：中值 和平均。
環境：工 作：0 ～ 50°C；相對濕度70%非冷凝，最高35°C。
存儲：–25 ～ +65°C。
海拔：最高高出海 平面2000 m，符合EN 61010-1標準。
預熱：1小時至額定準確度(關于推薦的程序，參見手冊)。
電源：用戶可選擇100, 120, 220, 240VAC ±10%; 50/60Hz, 100VA最大值。
外形：箱體尺寸：90mm 高× 214mm 寬 × 369mm 長(3? in. × 8? in.× 14? in .)。
工作尺寸：從殼體前面到后面（包括電源線和IEEE-488連接器）：15.5 in。
凈重：5.4kg (11.8 lbs.)。
毛重：6.9kg (15.11 lbs.)。

6430亞fA程控源表集合了吉時利源表 和源測量單元（SMU）產品的電壓源和電流 源及測量功能，比靜電計靈敏度更高，噪 聲更低，輸入阻抗更高。這種獨特的性能 是通過6430遠端前置放大器實現的，它提 供非常靈敏的雙向放大器，用于測量或產 生被測試器件的電流。遠端前置放大器輸 出的高電平信號通過一條2米長的線纜發 送到控制主機上。這使得用戶可以直接， 或者近距離連接該信號，減少線纜噪聲 的影響。

主要特點:

• 0.4fA p-p (4E-16A)噪聲

• 遠端前置放大器可以位于信號源處以減少線纜噪聲

• 電壓測量的輸入阻抗>1016Ω

• 高速——達2000讀數/秒

• 分辨率達6位半

• 快速元件特性分析，帶可編程數字I/O和接口

6430按照靜電計無法達到的速度測量 電壓、電流與電阻。它可以每秒讀取最多 2000源/測量讀數，讀入內部存儲器中。 可以測量快速小電流，100nA量程可響應 短至5ms的信號，較大量程可響應幾百微 秒的信號。

6430的獨特特點包括其優秀的低電 流靈敏度和遠端前置放大器，這通過避 免長輸入線纜發揮了靈敏度的作用。遠 端前置放大器是6430反饋測量系統的主 要部分，雖然通過長達2米，帶載高電平 信號的連接線纜它能離開主機一段距離 但是它不能獨立于測量主機工作。

應用

6430的功能使其同樣適于在測試實 驗室的研究工作和復雜元件的評估，結 合其它源測量儀器或SMU用于在較高電平 上進行低電流、高電阻或高靈敏度的半 導體測量。6430的低噪聲和漂移性能也非 常適合高阻性納米線和其它高阻納米材 料的研究。

高速數據處理

6430能以超過2000個讀數/秒的速度 讀至其內存緩沖器。IEEE-488總線輸出能 每秒發送達75個源/測量讀數至外部計算 機控制器，包括通過/失效指示。

6430能提供達2.2W的4象限源， 以及低至亞fA和微伏電平的測量 靈敏度。在高達20V，它能測量從 1pA量程（僅0.4fA峰峰值噪聲）至 100mA量程的電流。可提供200mV至 200V的電壓范圍。電流和電壓量程 設置定義了源或阱電壓或電流的 最大值。

典型應用：

半導體測量

基于FET元件中的柵 極漏電或溝道漏電會在 MOSFET、FET、模擬開關和許 多其它電路中產生誤差。通 過允許研究人員測量極低電 平的電流和電壓，6430能幫 助他們了解這些元件的設計 局限以及研究替代器件的結 構或材料。

測量FET的柵極漏電和溝道電

SET研究

6430具有的優秀低電流測量能力（<0.4fA峰峰值）使其對于單電子晶體管 （SET）和量子點研究非常有用。使用類似于鎖定的技術，6430能以1aA靈敏度測量 電流（10–18A=6電子/秒）。

測量行業的最低噪聲和漂移

下圖的數據表明6430在5小時期間內穩定性非常突出，而且短期的低噪聲性能 優秀。使用6430的AUTOFILTER以5秒上升時間在1pA量程上實現微弱信號采集。插 圖中的細節是濾波信號的截圖，顯示了6430型在最開始的100秒期間的低噪聲性能 （僅200aA峰峰值）。在溫度變化約1°C的實驗室環境下提取數據，其中6430的IN/ OUT HI和SENSE引線接防護罩。

濃縮的測量指標1

電壓測量準確度（4線感測）3

溫度系數（0°C~18°C & 28°C~40°C）：±（0.15×規定的準確度）/°C。附加的測量指標

附加的測量指標

輸出建立時間（典型值為最終值的10%）：<2s，1pA和10pA量程；<50ms，100pA 至10nA量程；<5ms，100nA至100mA量程。
電流噪聲：在1分鐘間隔觀察時，90%的間隔中峰峰值噪聲在400aA以內， 在使用Autofilter（5s 10% -90%的上升時間），使用三同軸連接器防護 罩，Autozero OFF、Source Delay=0，使用1pA量程至少3分鐘的條件下。

電流測量準確度（2線或4線感測）4

溫度系數（0°C-18°C & 28°C-40°C）：±[（0.15×規定的準確度）+1fA]/°C。
輸入電流：<3fA@23°C，<40%相對濕度；通常為±0.5fA/°C在23°C左右，<40% 相對濕度。

電阻測量準確度（4線感測帶遠端前置放大器）

輸出電流模式，自動電阻

溫度系數（0°C~18°C & 28°C~40°C）：±（0.15×規定的準確度）/°C。
輸出電流模式，手動電阻：不確定度總和=電流輸出準確度+電壓測量準確度 （四線測量）。
輸出電壓模式：不確定度總和=電壓輸出準確度+電流測量準確度（四線測 量）。
6線電阻模式：可使用有源電阻防護和防護檢測（僅主機后面板）。防護輸出 電流最大值：50mA。準確度取決于負載。查閱手冊獲取計算公式。
主機防護輸出電阻：0.1Ω，電阻模式。

注解：

1.速度=10PLC，Autofilter ON，正確歸零和穩定。
2.輸出電流模式，I=0。
3.電壓測量準確度不受遠端前置放大器的影響。
4.電流測量準確度不受遠端前置放大器影響；然而，1pA~100nA量程僅當 使用前置放大器時可用。
5.四線模式。
6.僅手動電阻模式。
7.激活源回讀，失調補償開。源時延必須設置為使源完全穩定才能讀數。

濃縮的系統速度

測量1

量程變化速度的最大值：75/s。
單讀數工作模式的讀速度（讀數/秒），在60Hz（50Hz）條件下：

濃縮的源指標4

電壓設置準確度（4線感測）5

溫度系數（0°C~18°C & 28°C~40°C）：±（0.15×規定的準確度）/°C。
最大輸出功率：2.2W（4象限源或阱工作）。
源/阱極限：±21V@±105mA，±210V@±10.5mA。
電壓調整率：線路調整率：量程的0.01%。負載調整率：量程的0.01%+100μV。
噪聲10Hz~1MHz（峰峰值）：10mV。
過壓保護：用戶可選擇，5%公差。工廠缺省為None。
電流鉗制：雙極性電流極限（容限）設為一個值。量程的0.1%（最小值）。

電流設置準確度（帶遠端前置放大器）

溫度系數（0°C~18°C & 28°C~40°C）：±（0.15×規定的準確度）/°C。
最大輸出功率：2.2W（4象限源或阱工作）。
源/阱極限：±10.5mA@±210V，±105mA@±21V。
電流調整率：線路調整率：量程的0.01%。負載調整率：量程的0.01%+1fA。
電壓極限：雙極性電壓極限（容限）設為一個值。量程的0.1%（最小值）。

注解：

1.讀數速率可用于電壓或電流測量。關閉自穩零，關閉自動量程，關 閉濾波器，關閉顯示，觸發延時=0，源自動清空，并且采用二進制讀 數格式。
2.采用上限和數學下限進行通過/失效測試。
3.包含測量之前重新設置源至新電平的時間。
4.對于阱模式，1pA~100mA量程，準確度是±(0.15%+偏移*4)。
5.電壓源準確度不受遠端前置放大器的影響。

綜合說明

負載阻抗：穩定至20000pF在100mA至100μA量程，470pF在10μA和1μA量 程，以及100pF在nA和pA量程。查閱用戶手冊獲取大電容性負載測量的 詳細說明。
共模電壓：±42VDC最大值。
共模隔離：>109Ω，<1000pF。
過量程：量程的105%，源和測量。
輸入/輸出與測量端子之間的最大壓降：5V。（為滿足規定的準確度用4線測 量，請參閱用戶手冊。）
測試線電阻最大值：10Ω，對于額定準確度。
測試輸入電阻：1MΩ。
主機防護偏置電壓：300μV，典型值。
前置放大器防護偏置電壓：1mV典型值。
前置放大器防護輸出電阻：110kΩ。
源輸出模式：固定直流電平，內存列表（混合功能），階梯波掃描（線性和 對數）。
源內存列表：100點（最大值）。
內存緩沖區：5,000個讀數/秒@5位半（2個2,500點緩沖區）。包括所選的測 量值和時間戳。鋰電池備份（電池壽命超過3年）。
數字接口：
安全互鎖：有源低電平輸入：
處理程序接口：測試開始，測試結束，3類比特。+5V@300mA電源。
數字I/O：1觸發輸入、4 TTL/繼電器驅動輸出（33V@500mA阱、二極管鉗 位）。
可編程性：IEEE-488(SCPI-1995.0)，RS-232，5種用戶定義的上電狀態加上 出廠缺省設置和*RST。
電源：100V~240V有效值，50Hz~60Hz（上電時自動檢測），100VA最大值。
EMC：符合歐盟指令89/336/EEC EN 55011，EN 50082-1，EN 61000-3-2和 61000-3-3，FCC第15部分Class B。
安全性：符合歐盟指令73/23/EEC EN 61010-1。
振動：MIL-PRF-28800F，Class 3。
預熱時間：1小時達到額定準確度。
規格：89mm高×213mm寬×370mm深（3 1/2 in×8 3/8 in×14 9/16 in）。
測試臺尺寸配置（帶手柄和支腳）：104mm高×238mm寬×370mm深（4 1/8 in×9 3/8 in×14 9/16 in）。
放大器：20mm高×57mm寬×97mm深（0.783 in×2.225 in×3.75 in）。
重量：5.9公斤（13磅）。
工作環境：工作條件：0°~40°C，60%相對濕度（不凝結）至35°C。在 35°~40°C范圍內，相對濕度降低5%/°C。存儲條件：–25°C~65°C，不凝 結的濕度。

超高電阻/超低電流測量的 Keithley 靜電計