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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Kleine Ströme messen


Autor: Uranhexafluorid (Gast)
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Hallo!

Ich bin bei meinen Suchversuchen mit Google mehrfach auf euer schönes 
Forum gestoßen, habe aber leider nichts passendes gefunden. (Weder hier, 
noch sonstwo.)

Gleich vorweg: Ich habe nicht allzuviel (sprich: keine) Erfahrung auf 
diesem Gebiet - ich möchte keinesfalls alles vorgekaut haben, aber ein 
paar Tipps wären klasse.

Also, mein Problem:
Ich möchte Kennlinien aufnehmen von recht hochohmigen 
Halbleiterstrukturen - einerseits um die "ohmigkeit" der Kontaktierung 
zu überprüfen (bzw. die Qualität von Schottky-Kontakten für z.B. 
C-V-Messungen), andererseits auch um mittels einer entsprechenden 
Probenstruktur die Defektdichte in meinem (amorphen) Material zu 
bestimmen.
Weiterhin möchte ich auch 4-Punktmessungen bzw. Van-der-Pauw Messungen 
durchführen, also zwischen 2 Kontakten einen Strom einspeisen und 
zwischen 2 anderen Kontakten die abfallende Spannung messen.

Warum will ich das machen:
Wenn ich meine Proben nach der Herstellung jemandem zum Messen gebe 
dauert das drei Wochen bis ich Ergebnisse kriege (wird erst an ne andere 
Uni geschickt - Projektpartner eben) - an und für sich kein Problem, 
aber wenn man dann nach drei Wochen gesagt bekommt, dass die Kontakte 
z.B. nicht ohmsch sind is des doof, daher will ich solche Messungen 
direkt im Labor durchführen können.
Die Ergebnisse müssen nicht absolut exakt sein, da ich - wie gesagt - 
sowieso alles nochmal "richtig" messen lasse, aber zumindest möchte ich 
sehn ob ich Mist produziert habe, bzw. verschieden hergestellte Proben 
wenigstens grob vergleichen können.

Ich brauch also quasi Kennlinien von -10 bis +10 Volt (per Hand Stecker 
am Netzteil vertauschen is ok) - die zu erwartenden Ströme liegen leider 
im unteren Nanoampere-Bereich.
Ich nehm die Werte manuell auf und drehe mein Labornetzteil auch per 
Hand hoch und runter - das is auch ok so.
Ich brauche also keine Atomatisierung des ganzen.

Ich hab ein Labornetzteil und ein (bzw. zwei) 
DDR-Strom-Spannungs-Messgeräte zur Verfügung, wobei letztere Messskalen 
bis pA bzw. µV haben.

Ich hab das erstmal auf die primitivste Weise aufgebaut, also eine 
Leitung von einem Pol des Netzteils zum Messgerät und dann den jeweils 
noch freien Pol von Netzteil und Messgerät mittels einem einzelnen 0,6mm 
Kupferdraht auf meine Probenkontakte gedrückt.
Bei einer Testmessung mit einer schlechten Probe ging das ganz gut, 
allerdings hatte ich da noch Ströme im Mikrampere-Bereich. Habe dann 
eine "gute" Probe hergestellt und wollte Messen, kam nix bis ca. 4 Volt, 
dann leichter Ausschlag -> Messbereich auf 300nA gestellt und ohne 
angelegte Spannung 150nA Strom - tja...
Dieser Strom tritt auf, sobald ich einen Pol des Messgeräts mit dem 
Netzteil verbinde. Erdungen der beiden Geräte sind verbunden.

Wie löse ich das Problem?
Reicht es den Strom indirekt über die Spannung an einem Widerstand zu 
messen? Was macht das Messgerät im Strom-Modus anders?
Liegts am Netzteil? Alles in Alufolie einwickeln? Falsch aufgebaut?

Wie schon erwähnt, meine Erfahrung in dem Bereich beschränkt sich auf 
ein Gerät in das ich einen Wafer geschoben, mir ne Stelle rausgesucht 
und nen Knopf gedrück hab und dann mein Messergebnis bekam :)

Viel geschrieben für ein - wahrscheinlich - dämliches Problem...

Würde mich freuen wenn ihr mir einen (oder mehrere) Tipp(s) geben 
könntet.

Viele Grüße
UF6

Autor: Johann (Gast)
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Ich würde mal mutmaßen, daß Du Probleme mit Thermospannungen hast.

Autor: Ute (Gast)
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>Ich möchte Kennlinien aufnehmen von recht hochohmigen
>Halbleiterstrukturen - einerseits um die "ohmigkeit" der Kontaktierung
>zu überprüfen (bzw. die Qualität von Schottky-Kontakten für z.B.
>C-V-Messungen), andererseits auch um mittels einer entsprechenden
>Probenstruktur die Defektdichte in meinem (amorphen) Material zu
>bestimmen.

Haben wir an der Uni auch gemacht, um die Konzentration von Deep Level 
Donatoren in GaAs zu messen. Nennt sich "Charakterisierung" und dafür 
gibt es spezielle Meßgeräte. Wir hatten einen sündhaft teueren 
Schlumberger, dessen Eingänge dauernd durchgeknallt sind, weil wir 
unsere GaAs Detektoren (ATLAS-Experiment) erst mit ein paar Hundert Volt 
depleten konnten...

>dann eine "gute" Probe hergestellt und wollte Messen, kam nix bis ca. 4
>Volt, dann leichter Ausschlag -> Messbereich auf 300nA gestellt und ohne
>angelegte Spannung 150nA Strom - tja...

Kann ein versteckter Fotoeffekt sein oder eine Thermospannung.

Schau, daß die Kontakte wirklich hochwertig und aus dem gleichem 
Material sind. Kupfer würde ich nicht gerade nehmen. Kann man alles 
kaufen oder zumindest abgucken, wie die das machen.

Autor: Uranhexafluorid (Gast)
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Erstmal danke euch beiden!

Dass es dafür teure Geräte gibt weiß ich, aber ich befürchte ich werd 
sowas nich in mein Labor kriegen. (ich schreib doch nur meine 
Master-Arbeit da ^^)

Fotoeffekt war auch mein erster Gedanke (ich mach im Moment 
hauptsächlich Germanium ;) ), aber abdunkeln der Probe brachte keinen 
Unterschied.

Thermospannungen - da nich dran zu denken war doof von mir, grade weil 
mein Ziel im Großen und Ganzen ist nanostrukturierte Thermoelemente 
herzustellen...

Die können doch eigentlich aber nur von den Steckverbindungen kommen, 
oder?
Meine Proben sind selten größer als 2cm, da dürfte keine große 
Temperaturdifferenz herrschen, außerdem benutze ich im Moment 
Silberkontakte und die Differenz der Seebeckkoeffizienten von Kupfer und 
Silber ist nicht sonderlich groß (<0,1 µV/K).

Aber gut, das lässt sich ja rausbekommen - mittels Körperwärme.
Wobei ich an 2 Tagen jeweils Früh und Nachmittags immer ziehmlich genau 
die 150 nA bekam, würde mich fast wundern.

Gesetz dem Fall es sind Thermospannungen, reichts, wenn ich alles mit 
Kupferdrähten ausführe? Da bliebe noch die Differenz zwischen Netzteil 
und Messgerät - gibts einfache Möglichkeiten das zu kompensieren?

Autor: tt2t (Gast)
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Könnte das Deine Probleme lösen, kann man leicht selbst nachbauen 
http://alternatezone.com/electronics/ucurrent/

Autor: Ute (Gast)
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Vielleicht demoduliert das nA-Meßgerät ja auch einfach nur HF. Miß doch 
einfach mal Bauteile mit bekannter C-V-Charakteristik, eine 1N4148, 
BPW34. Oder wenn du mit Germanium experimentierst, eine AC128 oder 
AA118. Mißt du jetzt immer noch 150nA?

Denke auch daran, daß Halbleiterübergänge entstehen können durch 
Aufsetzen eines Metallkontakts auf einen Kristall. Sind deine amorphen 
Halbleiter mittels einer Prozessierung bereits kontakiert?

Autor: Uranhexafluorid (Gast)
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Das sieht interessant aus, danke dafür!

Aber wenn es wirklich am Messgerät liegt, ist mir nicht klar warum der 
kleinste einstellbare Messbereich 1pA ist, ich aber schon einen 
Hintergrundstrom von 150nA kriege.
Eventuell wars oben nich deutlich, das ganze tritt schon auf, sobald ich 
einen Pol des Messgeräts mit einem Pol des Netzgeräts verbinde - ohne 
Probe und Spannung - daher vermute ich eher ich darf das nicht so 
einfach machen.

Autor: Uranhexafluorid (Gast)
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Ja, ich kontaktiere direkt bei der Herstellung - sowohl Titan als auch 
Silber, mit einem Elektronenstrahlverdampfer aufgedampft (wenn das nich 
hinhaut probier ich noch Chrom und Aluminium, das dürfte dann definitiv 
klappen).

Aber es tritt eben auch ohne Probe auf, daher dürfte es nicht daran 
liegen ;)

Autor: Lothar (Gast)
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Ein Kupferdraht ist ein Isolator.Ich würde es mit einem Platindraht oder 
mindestens mit einem Silberdraht versuchen. auf eimal zeigen sich 
ergebnisse. Lo

Autor: Alexander Schmidt (esko) Benutzerseite
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Lothar schrieb:
> Ein Kupferdraht ist ein Isolator.Ich würde es mit einem Platindraht oder
> mindestens mit einem Silberdraht versuchen.
Troll?
Platin hat einen fast um Faktor zehn höheren Widerstand als Kupfer. Der 
Unterschied zwischen Kupfer und Silber ist auch unter 10%.

Autor: eProfi (Gast)
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Verwendest Du abgeschirmte Leitungen?

Vielleicht gibt es hier Anregungen:
Beitrag "Impedanzwandler für Petaohm Messungen"
Beitrag "Stromverstärkung im pA-Bereich"

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