图1: (a)电压源/测量电流方法的电路模型。(b)在DUT阻抗值低于测量阻抗时，用改进的模型描述噪声增益。

源-测量仪器

商用的直流源-测量单元(SMU)是一种可用于纳米材料和器件测试的便利工具。SMU可以自动改变测量拓扑结构，例如可以在电压源/测量电流和电流源/测量电压之间迅速转换。这样可以在最大化测量速度和精度的同时很容易地降低测量噪声。

像前面提到的碳纳米管(CNT)那样，一些纳米微粒应用于不同外场时会改变状态。当进行此类材料的研究时，可以对SMU进行配置来提供电压源，并对处于高阻态的纳米粒子测量电流。如果材料处于低阻态，则转换到电流源/电压测量来获得更高的精度。此外，SMU还带有电流验证功能(compliance function)，可以自动限制DC电流，防止电流过大损坏待测器件或材料。类似地，当采用电流源时也有电压验证功能。

使用验证功能时，SMU可以输出满足要求的电流/电压源值，除非超过了用户的验证值。例如，当SMU设定在电压源状态，并预设了验证电流值，如果超过了这个验证值，SMU立即自动转换为恒流源，其输出值将稳定在验证电流值。类似地，如果SMU设定在电流源状态，并设定了一个验证电压，当DUT的阻抗和电流源开始使电压高于验证值时，SMU将自动转换到电压源(验证电压)状态。

像CNT开关之类的纳米级器件可以快速改变状态，而仪器的状态转换则并不能在瞬间完成。对于不同的SMU模式，开关时间在100ns到100μs之间。尽管对于跟踪纳米微粒的状态转换来说，这样的开关速度还不够快，但这么短的时间已经足够在每个状态下完成精确测量，同时将DUT的功率损耗限制在可接受水平。

低功率脉动技术

对于纳米级材料的测试来说，选择正确的测量拓扑结构来提高测量的速度和降低噪声依然不够。例如，某些CNT的开关速度是传统CMOS晶体管开关速度的1000倍。这对于纳安级的商用皮可安培计(picoammeter)来说太快了。这类器件的测量要求采用更高速的阻抗测量技术。

低功率脉动方法(pulsing technique)可以部分地解决这个问题，这种技术已经可以用在一些SMU设计上。这种概念是采用很高的测验电流或测验电压，在很短的周期中施加这种大激励。较大的激励可以降低源噪声(通过提高信噪比)，并且可以改善电压脉冲和电流脉冲信号的上升或稳定时间。低噪声的激励源需要较少的滤波处理，并允许更短的源激励周期时间(更窄的脉冲宽度)。较大的源激励可以提高响应电流或电压，这样可以有更宽的仪器选择范围，进一步降低噪声的影响。由于降低了噪声，可以缩短测量的采集时间，从而提高测量速度。

避免自发热问题

一个可能的误差源是过高的电流通过DUT时引起的自发热，这样的电流甚至可能引起采样的严重故障，因此在器件测验过程中仪器必须能自动限制电流源。可编程的电流和电压验证电路是大多数带有脉动电流功能、基于SMU测试系统的标准功能，某些低阻结构时应避免自发热。

 当需要提高测试电流时，电流值必须保证不能引入过多的能量，避免将DUT加热到失效温度 (纳米器件能承受的热量很低，所以器件消耗的总能量必须保持在很低的水平)。另外，还必须非常小心测试电流值，使其保持足够低以保证DUT的纳米级通道不会饱和。例如，直径为1.5nm的电流通道严格限制了单位时间内可通过电子的数量。某些纳米级别的器件在导电状态只能承受几百纳安的电流。因此，即便在脉动应用中，器件的饱和电流已经限制了可加载的最大测试电流。

下面的公式描述了脉动模式下负载循环和测量时间如何影响DUT的功耗。为了计算脉动模式下的功耗，要将视在功耗(V*I)与测试激励的时间相乘再除以测试重复率：

采用低阻连接，例如通过纳米操纵器(nanomanipulator)，脉动模式还可用于状态密度测量。脉动模式还可以测量原来由于微粒的自发热无法实现的I/V位置测量。