深圳安戴思市场部 讯

近日，南方科技大学材料科学与工程系 Yury Illarionov 副教授团队在双栅极 ITO/HfO₂场效应晶体管可靠性研究领域取得关键进展，相关成果发表于国际权威期刊 ACS Nano。该研究首次证实顶部栅极金属电极全包裹覆盖是保障非晶氧化物沟道器件长期稳定的核心机制，为 3D 集成芯片、先进显示等领域的氧化物半导体器件商业化应用扫清了可靠性障碍。深圳安戴思作为精密测试设备领域的专业服务商，深度关注前沿电子材料研究，现将该研究涉及的核心电学、热学表征设备及技术价值解析如下，并推荐适配的 Keithley 精密仪器方案。

一、研究核心背景与测试需求

氧化铟锡（ITO）作为高性能薄膜半导体材料，具备高迁移率、低成本等优势，是 3D 集成晶体管、柔性电子器件的核心候选材料。但长期以来，阈值电压负漂移、偏压温度不稳定性（BTI） 等问题严重制约其服役寿命。南科大团队聚焦双栅极 ITO/HfO₂晶体管体系，通过通用迟滞映射、正偏压温度不稳定性（PBTI）测试、变温电学表征、TCAD 模拟等多维度手段，系统验证了顶栅全包裹结构对抑制缺陷态、阻断离子迁移的关键作用，为器件结构优化提供了精准实验依据。

二、核心电学表征设备（研究必备）

半导体参数分析仪（高阻 / 弱信号专用）

用途：精准测试器件转移特性曲线（I-V）、输出特性、阈值电压、亚阈值摆幅、漏电流，捕捉 ITO/HfO₂界面微弱漏电信号，评估栅氧绝缘可靠性。

技术要求：支持fA 级超低电流测量、高阻（TΩ 级）测试、宽电压范围扫描，适配氧化物半导体高阻、弱电流特性。

高精度源测量单元（SMU）

用途：开展正偏压温度不稳定性（PBTI）测试、迟滞回线扫描、长时间恒压 / 恒流应力测试，模拟器件实际工作环境，监测阈值电压漂移、电流衰减等老化行为。

技术要求：具备精密电压 / 电流输出、同步测量、低噪声、长时稳定性，可实现 10ks 级预稳定测试与零偏压关断条件下的可靠性表征。

低温 / 变温探针台 + 电学测试系统

用途：变温（-196℃~200℃）电学性能测试，分析温度对器件载流子迁移率、缺陷激活能、漏电机制的影响，揭示高温偏压下的失效机理。

技术要求：支持真空 / 气氛环境、精准控温、低接触电阻，适配微纳器件（微米 / 纳米级电极）的原位测试。

高阻计 / 静电计

用途：测量栅氧层绝缘电阻、界面态密度、表面漏电，评估 HfO₂栅介质质量，区分体漏电与界面漏电贡献。

三、核心热学表征设备（研究必备）

精密高低温湿热试验箱

用途：模拟 **-40℃~150℃宽温域、不同湿度环境 **，开展器件温度循环老化、湿热应力测试，验证顶栅全包裹结构在极端温湿度下的稳定性。

技术要求：控温精度 ±0.1℃、温变速率可控、湿度精准调控，支持长时间（数千小时）老化监测。

差示扫描量热仪（DSC）

用途：分析ITO 薄膜、HfO₂栅介质、金属电极的热稳定性、相变温度、界面热扩散，评估材料堆叠结构在高温下的界面反应风险。

热阻分析仪

用途：测量器件结 - 壳热阻、界面接触热阻，评估栅极全包裹结构对器件散热性能的影响，为高功耗场景应用提供热设计依据。

四、深圳安戴思推荐：Keithley 精密仪器适配方案

针对该研究中弱信号、高阻、变温、长时稳定性等核心测试需求，深圳安戴思推荐Keithley（吉时利）系列精密电学仪器，完美匹配氧化物半导体、微纳器件的可靠性表征场景：

Keithley 4200-SCS 半导体参数分析仪

核心优势：fA 级超低电流灵敏度、TΩ 级高阻测量能力、集成多通道 SMU，可同步完成 I-V 曲线、迟滞扫描、漏电测试，适配 ITO/HfO₂器件弱信号表征。

Keithley 2450 图形化源测量单元（SMU）

核心优势：5 位半精度、触控操作、内置测试脚本，支持 PBTI 应力测试、长时间恒压 / 恒流老化，精准捕捉阈值电压微小漂移，适配器件可靠性长时监测。

Keithley 6517B 静电计 / 高阻表

核心优势：1fA 电流灵敏度、＞200TΩ 输入阻抗，专为高阻材料、栅氧绝缘层、界面漏电测试设计，精准区分体漏电与界面漏电，适配 HfO₂栅介质质量评估。

Keithley 2636B 超高灵敏度双通道 SMU

核心优势：皮安级超低噪声、双通道同步测试，可同时监测栅极与源漏极电流，适配双栅极器件的并行可靠性测试，提升实验效率。

五、总结与展望

南科大 Yury Illarionov 团队的研究，通过精准电学与热学表征揭示了氧化物晶体管稳定性的核心机制，为先进半导体器件结构设计提供了关键实验范式。深圳安戴思深耕精密电子测试领域，依托 Keithley 等国际品牌的高性能仪器，为高校、科研院所提供材料电学表征、器件可靠性测试、弱信号测量等一站式解决方案，助力低维材料、半导体器件、电子薄膜等前沿领域的技术突破。

如需了解 Keithley 仪器在氧化物半导体、微纳器件表征中的详细配置方案，或预约样机测试，欢迎联系深圳安戴思市场部，我们将提供专业的技术支持与定制化服务。

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.5c17437