超低電阻&微小電阻(超導材料電阻)測試方案

電阻值是基于歐姆定律獲得，一般需要有外部激勵源，電壓源或者電流源，同時測量電流或者電壓以計算電阻值。電阻值除了與材料本身有關，還與溫度有關，并且由于受熱不均勻會引入熱電動勢。對于超低電阻測了來說，影響就更為明顯。舉例來講，由實驗室溫度波動或敏感電路附近的通風引起的測試電路中的溫度變化可以產生幾微伏的熱電動勢，進而影響超低電阻的測量結果。

消除熱電動勢對超低電阻測量影響常見的方法之一是Delta模式，下圖和以下計算公式解釋了Delta模式的具體內容：

每次電流極性改變時，測量電壓(, ,等)。每個電壓測量包括恒定的熱電壓偏移量()和線性變化的電壓偏移量()。熱電壓漂移可以近似為短時間內的線性函數，因此電壓隨時間的變化率()也可以視為常數。前三種電壓測量包括以下電壓：

其中：, , 為電壓測量值
　　　假定是在時間t= 0時取的
　　　、和是被測單元由于施加電流而產生的壓降
　　　是測量時恒定的熱電動勢偏移量
　　　是熱電動勢的變化

通過三種電壓測量的數學計算，可以消除熱電動勢電壓偏移()項和熱電動勢電壓變化項。首先，取前兩個電壓測量值之差的一半，稱之為:

然后，取第二次(,)和第三次()電壓測量差值的一半，將這個項稱為:

和都受到熱電動勢漂移的影響，但對和的影響大小相等，方向相反。最終的電壓讀數是和的平均值，計算公式如下:

注意，在最后的電壓計算中，和這兩項都被抵消了。

在Delta方法中，每個數據點是三個電壓讀數的移動平均值。這種對電壓測量值的額外平均意味著，Delta法得到的數據比使用電流反轉法計算時得到的數據具有更低的噪聲，即使這兩組數據是在同一時間段內獲得的。Delta方法的成功取決于熱漂移的線性近似，這必須在短時間內進行。成功地補償熱電動勢電壓的變化，意味著測量周期時間必須快于待測件的熱時間常數。因此，要使得Delta方法成功，必須使用較快的電流源和納伏表。

Keithley 6220系列電流源和2182A納伏表是常見的使用Delta模式進行超低電阻測量的配置，但是6220系列電流源的電流輸出最大是100mA，相對比較小，如果需要進行更大的電流，或者沒有6220系列電流源，可以使用Keithley源測量單元(源表)替代6220系列電流源，亦可以使用其他七位半或者八位半支持外部觸發功能的萬用表代替2182A

配置一 6221&2182A

(參考資料：Keithley 6221/2182A系列 超低電阻配置)

6221，4pA~210mA峰峰值交流電源，短至5uS的可編程脈寬，搭配2182A使用時，可用于最窄50uS的脈沖I-V。

2182A，15nV超低底噪的7.5digits萬用表，量程支持10mV~100V

具體應用：

測試連線示意圖，6221支持三同軸線纜電流輸出，支持Guard屏蔽，2182A使用2107 低熱噪線纜

儀器組合拓撲示意圖，使用觸發線纜連接，以及RS232交叉線連接6221與2182A，6221做主機，2182A做從機，使用GPIB或者LAN口與PC端連接，進行二次開發或者程控

支持儀器端操作

Delta命令集成，支持快速二次開發

配置二 2460&2182A

2460為高精度源表，支持50pA~7A電流輸出，支持最小50uS脈寬輸出，亦可使用2600B系列源表代替。

測試接線拓撲圖

2450-TLink 觸發線纜

2182A支持RS232接口與GPIB接口，2460支持USB，LAN，GPIB接口，需要分別程控2182A與2460，該搭配亦支持手動操作,GPIB線纜推薦使用KUSB-488B

具體手動操作與程控詳情，可聯系liu-wei@oimec.com.cn

配置三 2460&DMM7510

DMM7510為7.5digits臺式萬用表，電壓測試范圍支持10nV至1010V，支持TSP腳本，支持TSP-Link級聯。

儀器DUT連線參照配置二與配置一連線，使用儀器標配網線將兩臺儀器的TSP-LINK口連接。

附件為TSP示例代碼，具體操作和代碼可聯系liu-wei@oimec.com.cn