Keithley 6220直流电流源超灵敏
Keithley 6220直流电流源超灵敏
6220直流电流源和6221交流/直流电流源是非常易于使用的超低电流噪声电流
源。低电流的产生在从许多研发到生产，尤其是在半导体、纳米技术和超导行业方 面的测试环境应用非常重要。高准确度的源和内建控制功能使6220和6221成为霍尔
测量、使用delta模式的电阻测量、脉冲测量和微分电导测量等应用的理想选择。
6220和6221的特点:
源和阱（可编程负载）100fA～ 100mA
1014Ω输出阻抗确保能为各种负 载提供稳定的电流源
65000点源存储容量允许直接从 电流源执行**测试电流扫描
内建RS-232、GPIB、触发链路和 数字I/O接口
可重配置三同轴输出，便于带防 护功能的应用需求
220型仿真模式无需对现有应用 重新编程
6221独有特点:
4pA～210mA峰峰值交流电流源， 用于元件和材料的交流特性分 析。6221的10MHz输出更新速率 能够产生100kHz的光滑正弦波
内建1mHz～100kHz频率范围的标 准波形和任意波形。应用领域包 括复杂可编程负载或传感器信号 以及噪声仿真
短至5μs的可编程脉宽，能够 限制专用元件的功耗。当配合 2182A纳伏表使用时，能测量* 窄50μs的脉冲I-V
内置以太网接口，无需GPIB控制 卡即可轻松实现远程控制
纳米技术
-微分电导
-脉冲式信号源与电阻
光电应用
-脉冲式I-V
替换交流电阻桥（当结合2182A使用时）
-低功率电阻测量
替换锁定放大器（当结合2182A使用时）
-低噪声电阻测量
对精密、低电流源的需求。对当今小型和高功率效率电子器件的测试和特性分 析需要输出低电平电流，这需要采用精密的低电流源。较低的激励电流在器件两端
产生较低（因而更难测量）的电压。将6220或6221与2182A纳伏表组合可以妥善地处 理这两方面的挑战。
交流电流源和电流源波形发生器。6221是市面上唯——款低电流交流电流源。 在推出6221之前，研究人员和工程师不得不自己搭建交流电流源。这款经济有效的
源在准确度、一致性、可靠性和鲁棒性方面比“自制”方案更好。6221也是一款电流源波形发生器，它能极大地简化创建和输出复杂波形。
编程简单。这两款电流源可以从前面板控件或从外部控制器通过RS-232或 GPIB接口进行完全编程；6221还具有以太网接口，可以通过任何以太网连接进行远
程控制。这两款仪器能输出100fA～105mA的直 流电流；6221还能输出4pA～210mA峰峰值的 交流电流。这两款电流源能以10mV步长设置
0.1V～105V的输出电压。*大电压（电流源输出 电流时能达到的电压极限）的重要性在于应用 中过压可能损坏被测器件（DUT）。
直接替换220型电流源。6220和6221构建在 吉时利很受欢迎的220型可编程电流源之上； 在现有应用中，用6220/6221替换220型就能很
容易地实现220型的仿真模式，无需重写控制 代码。
容易设定和执行电流扫描。6220和6221都 提供设定电流斜波的工具，并且通过使用触发 器或定时器以步进式输出多达65,536种输出值
的预定义序列。这两款电流源都支持线性、对 数和自定义方式扫描。
6221结合了高分辨率电流源和兆赫兹的更新速率，因而它以高保真度模拟的电流 信号与模拟电流斜波很难分辨。
免费的仪器控制实例启动软件
电流源的仪器控制实例软件简化了采用吉时利2182A执行基本电流源任务以及调 整复杂的测量功能。这款在LabVIEW编程环境中开发的软件包含一份进阶测量指南，
这有助于用户设置仪器和正确连接，以及设置基本电流源功能。此软件包具有支持 delta模式、微分电导和脉冲模式测量等先进工具。使用此软件包，用户能打印用于任
何预编程函数的仪器指令，它提供在定制应用中包含这些函数的起点。
微分电导
微分电导测量是非线性隧道器件和低温器件*重要和*关键的测量之一。数学上
的微分电导是器件I-V曲线的导数。6220或6221与2182A纳伏表的结合使用是完整的微分电导测量方案。这些仪器组合也是非常快的方案：比其它可选方法的速度快10
倍而且噪声低很多。在一次测量中就能获取数据，无需经过通过多次扫描再将结果进 行平均，这既耗时又容易产生误差。而且，622X和2182A简单易用，因为它们的组合可
以作为单台测量仪器使用。它们简单的连接消除了其它方案很难处理的隔离和噪声电 流问题。
运行、分析和显示微分电导测量。
Delta模式
*初，吉时利为电压和电阻低噪声测量开发的delta模式法需要将2182纳伏表和可 触发外部电流源结合使用。实际上，delta模式能自动触发电流源使信号极替变
化，然后在每个极性上触发纳伏表读数。此电流反向法消除了任何恒定的热电失调， 从而确保测量结果反映了真实的电压值。
同样地，这种基本方法已在622X和2182A的delta模式中采用，但是此方法在实现 中已被极大地增强和简化。现在，此方法消除了随时间漂移的热电失调，只用以前方
法的一半时间就能产生结果，而且允许电流源控制和设置纳伏表，因而仅需两次按钮 便能完成测量设置。改进的热电失调消除和较高的读速率可将测量噪声降低至1n
Delta模式提供1000:1噪声衰减
Delta模式能准确测量低电压和小电阻。将622X和2182A正确连接后，用户只
用按下电流源的Delta按钮，再按下Trigger按钮，就能启动测试。622X和2182A能 无缝地配合工作并能通过GPIB接口（6221的GPIB或以太网接口）进行控制。622X
提供免费的控制软件实例，包括“带领”用户完成delta模式设置过程的指南。
脉冲测试
即使测量过程本身引入的少量热量也会提升DUT的温度，从而使测试结果偏 移或甚至损坏器件。通过在脉冲测量过程中为提供用户设置好的脉冲电流幅
度、脉冲间隔、脉冲宽度和其它脉冲参数等*大灵活性，6221的脉冲测量功能使 DUT的功耗降至*低。
6221凭借全量程微秒级上升时间使短脉冲（因而降低了热耗散）成为可 能。6221/2182A组合使脉冲和测量同步——可以在6221施加脉冲后16μs立即开
始测量。包括完整的纳伏级电压测量在内的整个脉冲宽度可仅为50μs。6221和 2182A之间的工频同步消除了电力线相关的噪声。
标准波形和任意波形发生器
6221是一款低电流电流源波形发生器。它能设置产生基本波形 （正弦波、方波、三角波和斜波）并且用支持逐点定义波形的任意波形发生器
（ARB）来定制波形。它能以10兆次采样/秒的输出更新速率产生1mHz～100kHz频 率范围的波形。
性能优于交流电阻桥和锁定放大器
相对交流电阻器桥和锁定放大器而言，622X/2182A组合具有许多优点，包括 噪声低、输出的电流更小、测量的电压更小、到DUT的功耗更小而且成本低。而
且，无需电流前置放大器。
6221还能在已经采用锁定放大器 的应用中，扩展锁定放大器的功能。 例如，它能清洁信号并且其输出同步 信号使其成为锁定应用（例如测量器
件的**和第三谐波响应）的理想输 出源。
6220和6221与自制电流源比较
许多需要电流源的研究人员和工 程师尝试用电压源和串联电阻器来 凑合。这是需要交流电流时的常用方 法。这是由于在6220/6221推出之前
市面上没有交流电流源出售。然而， 自制的电流源与真电流源相比有许多 缺点：
自制电流源没有*大电压。您可能 想确定在您自制的“电流源”端子 上的电压永远不超过某个界限（例 如，就许多光电器件来说是1～2V）
。实现这个*直接方法是将电压源 降至那个电压界限。这需要降低串 联电阻以获得所需的电流。如果您 想设置不同的电流，就必须改变电 阻器的同时电压保持不变！另一种
可能的办法是给DUT并联一个保护 电路。这些操作没有精密的电压控 制并且总是用作并联器件，因而“ 盗取”了一部分流向DUT的设置电 流。
自制电流源的输出不可预测。使用 由电压源和串联电阻器制成的自 制“电流源”，DUT的阻抗构成分压 器。如果DUT电阻是完全可预测的， 那么就能知道电流，但如果DUT电阻
像大多数器件那样未知或变化，那 么电流不再简单地是施加电压的函 数。让电流源可预测的*佳方法是 使用极高电阻值的串联电阻器（并 且相应地采用高压电压源），这与
所需的*大电压恰好矛盾。
虽然可以知道（如果不能控 制）来自这种不可预测电流源的实 际电流，但是也需要付出代价。这 可以补充测量电流（例如用电压表 测量串联电阻器的压降）来实现。
这种测量能被用作反馈以改变电压 源或简单地记录下来。无论是哪种 方法，它都需要附加的设备，这进 一步增加了复杂度或误差。更糟的 是，如果自制电流源采用大串联电
阻进行一般预测，那么此回读需要 用静电计以确保准确度。
2182A纳伏表
2182A扩展了吉时利原有2182纳伏 表的功能。虽然6220和6221兼容2182 ，但是使用2182进行delta模式和微
分电导测量需要的时间是使用2182A 的两倍。与2182A不同，2182不支持脉 冲模式测量。
工频同步的测量将50Hz/60Hz干扰降至*低。
使用6221和免费的启动控制软件实例，通 过加、乘、连接起来，或者对标准波形施加滤波 器等操作轻松创建复杂波形。
622X/2182A组合的应用
• 容易协调仪器而且直观的软件实例简 化了许多应用的设置和操作。
• 10nΩ～100MΩ电阻测量范围。一种测 量系统可用于宽范围器件。
• 以低噪声性能替代用于测量电阻的交 流电阻桥和锁定放大器。
• 以50μs的窄脉宽调整脉冲和测量（仅 6221）。
• 测量微分电导的速度比以前的方案快 10倍而且噪声较低。微分电导是用于 描述衬底材料能态密度的半导体研究 的重要参数。
• Delta模式使电阻测量中的噪声降低了 1000倍。
• 对于低阻抗霍尔测量，622X/2182A组 合的delta工作模式具有业界**的 噪声性能和接触电位抑制。对于较高
阻抗霍尔测量（大于100MΩ）,4200- SCS能取代电流源、开关和多种高阻抗 电压测量通道。这提供了带预编程测 试项目的完整方案。