在纳米科学实验中，测量纳安级以下的直流电流十分常见。高增益跨阻放大器的增益和偏移热漂移限制了测量的灵敏度和精度。下面介绍一种跨阻放大器，并量化了其在增益和偏移稳定性方面对纳米科学实验中常用的商用跨阻放大器(FEMTO DDPCA-300)的改进。
亚飞安级灵敏度
可变增益亚飞安级跨阻放大器 DDPCA-300 优异的设计可实现低至 0.2 fA/√Hz 的输入噪声值和 0.4 fA 的峰峰值噪声。增益可在 10⁴~10¹³ V/A 的极宽范围内手动设置，也可通过远程接口设置。因此，只需切换增益范围，该放大器就能覆盖超过 240 dB 的大动态范围，实现从亚飞安级到毫安级电流的测量。紧凑型外壳经过优化，可贴近信号源使用，避免因长电缆导致的信号干扰或噪声拾取。放大器集成多种滤波器，可根据不同的信号条件调整带宽。通过针对特定应用选择合适的滤波器设置，即可优化信噪比与测量速度。即使在最高增益设置下，该放大器的测量速度也足以实现飞安级电流的实时测量，无需额外的信号平均处理或长时间测试(见下图)。
低漂移特性，保障长期稳定性能
在飞安级电流测量中，漂移与失调电流极易造成测量误差和基线偏移。DDPCA-300 跨阻放大器的设计充分优化了长期稳定性，实现了极低的漂移。下图显示，该放大器在超过 7 小时的测试周期内，基线漂移小于 0.5 fA。针对不可避免的失调(如温度相关失调)，放大器配备了微调电位器，可用于消除多余的失调电流，实现基线调零。
源极偏置功能助力器件表征
DDPCA-300 的超高灵敏度可应用于低电流测量场景，例如高阻半导体(如 MOS 管或结型场效应晶体管)或量子点器件的表征。放大器输入端可直接提供可调电压，为待测器件(DUT)提供偏置。偏置电压可在 ±10 V 范围内手动调节或通过远程接口调节，支持在光谱测量中完成待测器件在不同偏置电压下的表征。对于光电流测量或粒子物理束流监测等无需偏置电压的应用，可便捷关闭偏置电压功能。
技术规格
| Model | DDPCA-300 | |||||||||||
| Transimpedance [V/A] | 104 | 105 | 106 | 107 | 108 | 109 | 1010 | 1011 | 1012 | 1013 | ||
| Bandwidtd* (-3 dB) [Hz] | 400 | 400 | 400 | 400 | 150 | 150 | 20 | 20 | 1 | 1 | ||
| Rise Time* (10 % - 90 %) [ms] | 0.8 | 0.8 | 0.8 | 0.8 | 2.3 | 2.3 | 17 | 17 | 350 | 350 | ||
| Integrated Input Noise* (Peak-Peak) | 7 nA | 7 nA | 70 pA | 70 pA | 1.2 pA | 1.2 pA | 50 fA | 50 fA | 2 fA | 2 fA | ||
| Spectral Input Noise Density [/√Hz] | 45 pA | 45 pA | 0.5 pA | 0.5 pA | 15 fA | 15 fA | 1.3 fA | 1.3 fA | 0.2 fA | 0.2 fA | ||
| Accuracy Performance | ±1 % | |||||||||||
| Adjustable Low Pass Filter | 3 settings: full bandwidtd, 0.7 Hz and 0.1 Hz | |||||||||||
| Output | ±10 V, ±30 mA | |||||||||||
| Bias Voltage | ±10 V, max. 10 mA, connected to amplifier input, adjustable by trimpot or remote control voltage | |||||||||||
| Power Supply | ±15 V, +70 mA / -15 mA typ., ±150 mA recommended | |||||||||||
| Control Interface | 4 opto-isolated digital inputs, TTL/CMOS compatible, analog bias control voltage input | |||||||||||
| Case | 170 x 60 x 45 mm (L x W x H), Weight 320 g (0.74 lb.) | |||||||||||
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纳安电流跨阻前置放大器DDPCA-300用于纳米科学实验
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