小电流测量误差源及减小误差的方法

确定了电流偏移、漏流及所有不稳定性后，采取措施减小测量误差将有助于提高测量准确度。这些误差源包括建立时间不足、静电干扰、漏泄电流、摩擦效应、压电效应、污染、湿度、接地环路，以及源阻抗。图5中汇总了本节讨论的部分电流的幅值。


图5.产生电流的典型幅值
建立时间和定时菜单设置
测量电路的建立时间在测量小电流和高电阻时尤其重要。建立时间是指施加或改变电流或电压后测量达到稳定的时间。影响测量电路建立时间的因素包括并联电容(CSHUNT)和源电阻(RS)。并联电容是由于连接电缆、测试夹具、开关和探针造成的。DUT的源电阻越高，建立时间越长。图6的测量电路中标出了并联电容和源电阻。


图6.包含CSHUNT和RS的SMU测量电路

建立时间是RC时间常数τ的结果，其中：
τ = RSCSHUNT
以下为计算建立时间的一个例子，假设CSHUNT= 10pF，RS= 1TΩ，那么：
τ = 10pF × 1TΩ = 10s
因此，读数稳定至最终值的1%所需的建立时间为τ的5倍，也就是50秒。图7所示为RC电路的阶跃电压指数响应。经过一个时间常数(τ = RC)后，电压上升至最终值的63%。


图7. RC电路的阶跃电压指数响应
为了成功测量小电流，重要的是每次测量留有足够的时间，尤其是扫描电压时。对于扫描模式，可在“ Sweep Delay”(扫描延迟)域的“Timing”(定时)菜单中添加建立时间；对于采样模式，则在“Interval time”域内。为了确定需要增加多长间隔时间，通过绘制电流-时间图，测量DUT稳定至某个阶跃电压的建立时间。阶跃电压应该是DUT实际测量中使用的偏执电压。可利用LowCurrent项目中的ITM测量建立时间。应适当增加“Timing”(定时)菜单中的“#Samples”，以确保稳定后的读数显示在图形中。在测量小电流时，采用“Quiet Speed Mode”或在“Timing”菜单中增加额外滤波。请注意，这是噪声和速度之间的平衡。滤波和延迟越大，噪声越小，但是测量速度也越小。