[发明专利]一种用于fA～pA量级微弱电流的绝缘薄膜测量系统

说明书

本发明揭示了一种用于fA~pA量级微弱电流的绝缘薄膜测量系统，其中的电学测试装置中的前置跨阻放大器包括有两个CMOS运算放大器、四个CMOS传输门、四个CMOS反相器、六个电阻、两个电容。绝缘薄膜的漏电流大小通常介于数十fA（10^‑15A）至数十pA（10^‑12A），通过合理选择外围元件，前置跨阻放大器的输出电压可达到数μV至几十μV量级，该输出电压信号再经过中间电压放大器、后端电压放大器依次放大，可被电流测量装置准确测量出来，最终送至计算机进行处理、显示。利用本发明的ASIC独有的处理方式，有效地从信号源中过滤掉了运算放大器自身带来的干扰信号。

技术领域

本发明涉及高绝缘性材料的测量技术领域，尤其涉及一种用于fA～pA量级微弱电流绝缘薄膜测量系统及其中采用的ASIC。

背景技术

在各种高绝缘性材料例如电介质薄膜的研究与应用中，经常需要测试和掌握高绝缘性材料的漏电流特性，即电压-电流特性曲线。然而，在通常的绝缘薄膜电压-电流中，由于其高绝缘特性，大多数绝缘薄膜的漏电流极其微弱，一般为数十fA(10^-15A)至数十pA(10^-12A)，对于杂质含量高、绝缘性很差的电介质薄膜，其漏电流一般也仅仅为nA(10^-9A)量级。

对于这样的微弱电流信号，测量电流无法直接进行测量，必须首先将微弱电流信号转换、放大为nV(10^-9V)至μV(10^-6V)量级的微弱电压信号，然后再对该微弱电压信号进一步放大、测量。在各种测量电路中，运算放大器往往是放大电路的核心。实际的运算放大器具有多种技术指标，如输入失调电压、输入偏置电流等。在极微弱信号的放大电路中，其输入偏置电流的值往往远大于待测信号本身的值。

运算放大器的输入失调电流，流到外面电阻，即使是KΩ量级的，也会产生几十μV的失调电压，再经放大，很容易就会使输出的电压误差到mV级。

此外，各种电噪声和干扰也无法回避。实际运算放大器的输入失调电压、输入偏置电流、各种电噪声和干扰往往远大于绝缘薄膜中的漏电流，绝缘薄膜中的漏电流被淹没在这些非正常的信号中，在各级放大电路中，待测电流被放大的同时，各种干扰、噪声、电路失调等杂质信号也同时被放大，这些因素使得绝缘薄膜的漏电流的测量困难重重。即使采用性能优异的商业的运算放大器搭建信号放大电路，想要准确测量绝缘薄膜的漏电流特性即电压-电流特性曲线，常规结构的放大电路也是无能为力。

在本申请的另一同日申请中，我们提出了一种解决方案，但在该方案中，采用了较多的分立元件和两个运算放大器，在实际应用中，这样的技术方案仍然存在一些不足：

采用分立元件搭建电路，集成度不高，调试电路带来种种困难，设计成本较高，系统的可靠性还有待提高。并且，在采用分立元件时，由于各种电阻、电容的值均具有分散性，即使标称值相同的电阻或电容，其值也会相差20-5％，在测量系统生产时，需要对这些元件进行精挑细选，调试工作繁重易错。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于提供一种用于fA～pA量级微弱电流绝缘薄膜测量系统及其中采用的ASIC，可准确测量高绝缘性材料的漏电流特性即电压-电流特性曲线。ASIC芯片是由于供专门应用的集成电路(ASIC，Application SpecificIntegrated Circuit)芯片技术。

实现本发明目的的具体技术方案是：

一种用于fA～pA量级微弱电流绝缘薄膜测量系统，包括样品固定装置、电学测试装置和计算机；

所述样品固定装置用于放置待测样品并引出两根测试电缆；