Il centro di ricerca ENEA di Portici e il suo nuovo sistema di caratterizzazione elettrico: ora le misurazioni di caratterizzazione elettrica dei sottili rivestimenti nanometrici e nuovi metamateriali in fase di sviluppo al centro ricerche ENEA di Portici sono possibili
La richiesta del Cliente
Le ricercatrici Dott.ssa Anna Castaldo e Dott.ssa Emilia Gambale, del centro ricerche ENEA di Portici hanno contattato Giakova con un’esigenza di misurazione specifica: caratterizzare le proprietà optoelettroniche dei sottili rivestimenti nanometrici e nuovi metamateriali in fase di sviluppo.
Il requisito fondamentale era la versatilità nel poter analizzare sia i materiali che i dispositivi ed in particolare poter misurare con estrema precisione la resistività elettrica di questi materiali delicati.
Per fare ciò, il cliente necessitava di un duplice approccio di probing che garantisse un contatto meccanico non distruttivo sui campioni e che, lavorando a 4 fili (metodo Kelvin), permettesse di annullare completamente le resistenze di contatto e dei cavi.
Questo nuovo setup doveva integrarsi perfettamente con il loro analizzatore di parametri ad alte prestazioni e al contempo occorreva poter indagare l’effetto della luce su materiali e dispositivi.
La soluzione…
L’obiettivo dell’intervento è stato la fornitura, l’installazione e la messa in opera di due postazioni di misura distinte (una Probe Station e uno stand 4-Point Probe). Un aspetto cruciale della soluzione era la necessità di poter modificare l’atmosfera di misura senza introdurre rumore elettrico nel sistema. Per soddisfare questa specifica esigenza, ci siamo interfacciati direttamente con i nostri fornitori analizzando i requisiti del cliente. Il risultato di questo studio congiunto è stata la progettazione di una shielding box customizzata (mod. PS-SB-6223) realizzata su misura per consentire il controllo dell’ambiente di test, mantenendo al contempo un isolamento totale dai disturbi esterni per le misurazioni a bassissima corrente. L’attività si è poi completata con l’interfacciamento meccanico, ottico ed elettrico della nuova strumentazione con l’analizzatore Keithley 4200A-SCS, creando un banco di test completo, stabile e pronto all’uso.
Per il centro di ricerca, la soluzione migliore è stata creare due distinti set-up che potessero lavorare a stretto contatto tra di loro.
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- Setup 1: Probe Station Microelettronica• Probe Station: Everbeing C-6• Sistema Ottico: Microscopio EB-MS-1050-3 equipaggiato con videocamera Moticam 4000X• Microposizionatori: N. 2 mod. EB700-MR (destri) e N. 2 mod. EB700-ML (sinistri)• Portapunte (Holders): N. 4 Triaxial holder mod. TH-SP-T• Punte (Tips): N. 3 Tip in tungsteno T20-200• Schermatura: Shielding box custom mod. PS-SB-6223
- Setup 2: Sistema Sheet Resistance (Standalone)• Stazione 4-Point Probe: Mod. SR-4-6LB, che si collegava all’analizzatore di parametri Keithley 4200A-SCS già in possesso del cliente
…e l’assistenza tecnica
L’intervento tecnico è stato eseguito seguendo una procedura rigorosa, gestendo parallelamente i due setup per garantire la massima precisione della catena di misura.
Assemblaggio Setup 1 (Probe Station C-6)
Abbiamo posizionato la Probe Station Everbeing C-6 all’interno della shielding box custom (PS-SB-6223), essenziale per l’isolamento elettromagnetico durante le misure a bassissima corrente. Sono stati installati i 4 microposizionatori sul piano con i relativi bracci triassiali (TH-SP-T) e punte in tungsteno. Successivamente, è stato montato il microscopio con la videocamera Moticam 4000X, calibrando l’ottica per una visione perfetta in fase di atterraggio sui nanomateriali.
Assemblaggio Setup 2 (Stazione 4-Point Probe)
Parallelamente, sul banco di lavoro (esternamente alla shielding box), è stato assemblato lo stand dedicato Everbeing SR-4-6LB. È stata verificata la meccanica di discesa della testina a 4 punte per assicurare un atterraggio planare, dolce e non distruttivo sui campioni da analizzare.
Cablaggio ad Alta Precisione
Abbiamo eseguito l’interfacciamento elettrico di entrambi i sistemi al Keithley 4200A-SCS. Per la C-6, abbiamo portato le connessioni triassiali fuori dalla shielding box fino ai terminali SMU del Keithley, abbattendo così le correnti di dispersione. Anche lo stand SR-4 è stato cablato per permettere l’acquisizione dei dati direttamente dall’analizzatore.
Settaggio Software e Validazione
Accensione dei sistemi e configurazione del software Clarius sul Keithley. È stato creato un workspace dedicato per la misura a 4 fili su entrambi gli strumenti. Insieme alle ricercatrici, abbiamo effettuato dei test pratici: per la C-6 abbiamo monitorato l’atterraggio a schermo tramite la Moticam, mentre sull’SR-4 abbiamo validato la misura di sheet resistance. Entrambi i setup hanno restituito curve I-V stabili, confermando il basso rumore di fondo e l’accuratezza del dato letto.
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