近年來，由于導(dǎo)電高分子材料研究的突破，有機(jī)材料從傳統(tǒng)的絕緣體變成可導(dǎo)電的半導(dǎo)體，柔性電子應(yīng)運(yùn)而生。柔性電子是將有機(jī)或無機(jī)材料制作在柔性可拉伸基板上的新電子制備技術(shù)，可使材料在彎曲、折疊、扭轉(zhuǎn)、拉伸等連續(xù)機(jī)械變形下仍然保持較高的電學(xué)特性，整合了光、電、感測等功能。

柔性薄膜材料電性能表征

柔性電子作為一個新興快速發(fā)展的行業(yè)，開發(fā)高性能、高穩(wěn)定性的柔性材料和器件是當(dāng)前的重點(diǎn)。隨著二維納米材料及其異質(zhì)結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，微米級柔性電子成為研究的重要趨勢之一，許多制備、測試、分析過程中的難題在柔性電子研究領(lǐng)域也變得越來越突出，其中最關(guān)鍵的挑戰(zhàn)就是精確測量這些小型化材料、器件的電學(xué)性能。

柔性薄膜材料的厚度尺寸一般小于1μm，在集成電路、太陽能電池、生物傳感器等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。表面電阻率是評估柔性薄膜材料電學(xué)性能的重要手段之一，有助于了解材料的物理、化學(xué)性質(zhì)，從而優(yōu)化制備工藝和提高產(chǎn)品質(zhì)量。

柔性薄膜材料表面電阻率測試通常采用四探針測量法，通過在材料上放置兩對等間距電極（內(nèi)電極和外電極）,外電極注入電流，電流流經(jīng)材料在內(nèi)電極上會產(chǎn)生一定的電壓差，通過測量電壓差和流經(jīng)材料的電流，可以計(jì)算出材料的電阻率。

圖：四探針法測試柔性薄膜材料表面電阻率系統(tǒng)架構(gòu)

此外，柔性電子材料在使用過程中會被反復(fù)彎折扭曲，在此過程中材料表面和內(nèi)部的應(yīng)力狀態(tài)和微觀結(jié)構(gòu)都會逐漸發(fā)生變化，進(jìn)而影響材料的電學(xué)性能和壽命，如何精確測試材料和器件的動態(tài)響應(yīng)變得困難。

柔性電子材料動態(tài)測試

傳統(tǒng)的動態(tài)測試方案，需要搭配一臺電壓源、電流表進(jìn)行人工測量,再手動算出阻值的變化，無法測試器件的動態(tài)連續(xù)變化過程，而且對于測量精度要求較高及與折疊裝置同步要求精度高的場景無法保證。

基于普賽斯高精度數(shù)字源表，搭配力學(xué)測試機(jī)臺，可以組合不同動作的測試夾具，模擬出拉、扭、彎、折、卷等5種基本動作，11個基礎(chǔ)模擬測試動作，并實(shí)時監(jiān)測材料的V-t、I-t以及R-t的變化曲線，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用，提升測試效率。

圖：柔性電子材料動態(tài)測試系統(tǒng)架構(gòu)

圖：普賽斯高精度數(shù)字源表選型

圖：柔性電子材料動態(tài)測試系統(tǒng)夾具

柔性電子材料典型應(yīng)用及電性能測試方案

目前，柔性電子材料開創(chuàng)了全新的應(yīng)用場景，在可穿戴設(shè)備、電子皮膚、柔性顯示、柔性傳感和人工智能等前沿領(lǐng)域的應(yīng)用廣泛。與硅類材料相比，兼具了單位面積成本低的優(yōu)點(diǎn)。相關(guān)機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)，2019年全球柔性電子市場規(guī)模達(dá)到14.2億美元，預(yù)計(jì)到2025年將達(dá)到3049.4億美元，2019~2025年CAGR（復(fù)合年增長率）為144.71%。但是因?yàn)槿嵝噪娮硬牧蠎?yīng)用和開發(fā)的歷史并不長，其中很多關(guān)鍵材料、關(guān)鍵裝備、核心技術(shù)仍需要改善和開發(fā)，特別是在高、精、尖裝備方面基礎(chǔ)薄弱，嚴(yán)重依賴進(jìn)口，被制約風(fēng)險較高。因此，采用可靠的技術(shù)手段和測試設(shè)備精確表征柔性電子材料的電學(xué)性能，將有效推動柔性電子材料的研究。

01、柔性QLED電性能表征

QLED是一種基于量子點(diǎn)電致發(fā)光原理的主動發(fā)光顯示技術(shù)，具有超薄、高色域、可柔性、高對比度等特點(diǎn)，在可穿戴設(shè)備及人工智能領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。QLED的性能好壞主要關(guān)注發(fā)光性能（發(fā)射光譜、發(fā)光亮度、發(fā)光效率、發(fā)光色度和壽命）以及電性能（電流與電壓的關(guān)系、發(fā)光亮度與電壓的關(guān)系等）。其中，電流-電壓-亮度（IVL）指標(biāo)是QLED器件的重要參數(shù)，通過普賽斯S系列直流源表或P系列脈沖源表，以及亮度計(jì)，即可實(shí)現(xiàn)QLED器件的IVL曲線、EQE等光電參數(shù)的測試。

圖：柔性QLED電性能表征系統(tǒng)架構(gòu)

02、導(dǎo)電水凝膠電性能表征

導(dǎo)電水凝膠將親水性基質(zhì)和導(dǎo)電介質(zhì)有機(jī)結(jié)合起來，是一類兼具良好的可加工性、較高柔韌性和優(yōu)異電化學(xué)性能的新型復(fù)合水凝膠，是未來柔性電子器件的理想材料。水凝膠的電性能可通過電導(dǎo)率以及應(yīng)變響應(yīng)特性進(jìn)行表征。電導(dǎo)率測試常用上文所述的四探針法進(jìn)行測試，優(yōu)勢在于分離電流和電壓電極，消除布線及探針接觸電阻的阻抗影響。應(yīng)變響應(yīng)特性測試采用普賽斯S或P系列源表以及拉伸測試機(jī)臺實(shí)現(xiàn)。

對于離子型導(dǎo)電水凝膠，直流模式下，導(dǎo)電離子會在水凝膠與電極界面處聚集，引起信號突變及基線漂移等問題。普賽斯P系列脈沖源表可提供最窄200μs脈沖測試電壓或電流，消除因直流電場引起的離子聚集的影響。

圖：導(dǎo)電水凝膠應(yīng)變性能測試系統(tǒng)架構(gòu)

03、場效應(yīng)晶體管生物傳感器電性能表征

場效應(yīng)晶體管生物傳感器又稱生物場效應(yīng)晶體管傳感器(BioFET)，是基于MOSFET的結(jié)構(gòu)和原理，用生物參數(shù)離子敏感膜、電解質(zhì)溶液和參考電極代替 MOSFET 結(jié)構(gòu)中的金屬柵極而制成的傳感器，具有高靈敏度、響應(yīng)速度快、不受樣品污染等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在生命科學(xué)、環(huán)境監(jiān)測、食品檢測、臨床診斷等領(lǐng)域。

對BioFET傳感器進(jìn)行測試，既能驗(yàn)證傳感器的性能，更是快速檢測被測物生物學(xué)參數(shù)的重要手段。BioFET傳感器可將生物學(xué)參數(shù)轉(zhuǎn)換為可以直接測量的電信號（IV），因此I-V測試是表征BioFET傳感器性能的重要手段。I-V測試包括轉(zhuǎn)移特性測試（Ids-Vgs），輸出特性測試（Ids-Vds）以及漏源電流隨時間變化的Id-t測試。

推薦使用普賽斯SPA6100半導(dǎo)體參數(shù)分析儀來進(jìn)行BioFET傳感器I-V測試，SPA6100基于模塊化的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以幫助用戶根據(jù)測試需要，靈活選配測量單元進(jìn)行升級。產(chǎn)品支持最高1200V電壓、100A大電流、1pA小電流分辨率的測量，同時檢測10kHz至1MHz范圍內(nèi)的多頻AC電容測量。

圖：場效應(yīng)晶體管生物傳感器測試系統(tǒng)架構(gòu)

圖：SPA6100半導(dǎo)體參數(shù)分析儀

結(jié)語

作為新興產(chǎn)業(yè)，柔性電子涉及新材料、新工藝及新設(shè)備等多個板塊。普賽斯立足于解決行業(yè)痛點(diǎn)，協(xié)同合作商共同打造全方位的柔性電子動靜態(tài)測試系統(tǒng)，并與多所高校密切合作，加速推動研究成果產(chǎn)業(yè)化。