泰克电运/物性表征/量子材料/超导材料试验方案

零式未来
2022-05-19
来源:零式未来

凝聚物理学是当代材料科学的物理基础,研究由大量微粒(原子、分子、离子、电子)组成的凝聚物的微观结构、粒子之间的相互作用、运动规律、物质性质和应用。


凝聚物理学研究的主要方向有:高温超导及相关强相关系统的基本电子性能、低维自旋及电荷系统、纳米功能材料的基本电子性能、自旋电子材料的基本性能等。量子材料/超导材料/半金属材料/异质结构材料/超硬等。


综合物性测试是冷凝物理学的主要测试,包括电阻率、微分电阻、霍尔系数、伏安特性、临界电流等。


电运性质是反映与电荷相关的最基本、最重要的物理属性之一,如电阻、Hall电阻随温度、磁场、压力变化规律、Shubnikov-deHaas量子振荡、量子霍尔效应等相关物理效应质中最重要的性质之一。


凝聚物理学是当代材料科学的物理基础,研究由大量微粒(原子、分子、离子、电子)组成的凝聚物的微观结构、粒子之间的相互作用、运动规律、物质性质和应用。


凝聚物理学研究的主要方向有:高温超导及相关强相关系统的基本电子性能、低维自旋及电荷系统、纳米功能材料的基本电子性能、自旋电子材料的基本性能等。量子材料/超导材料/半金属材料/异质结构材料/超硬等。


泰克电运/物性表征/量子材料/超导材料试验方案


综合物性测试是冷凝物理学的主要测试,包括电阻率、微分电阻、霍尔系数、伏安特性、临界电流等。


电运性质是反映与电荷相关的最基本、最重要的物理属性之一,如电阻、Hall电阻随温度、磁场、压力变化规律、Shubnikov-deHaas量子振荡、量子霍尔效应等相关物理效应质中最重要的性质之一。


电气运输试验面临的挑战。


特殊的测试条件。一般情况下,被测样品放置在低温(通常是超导)和磁场环境中,最低低温可达0.1mk,磁场可达16T。在极端情况下,磁场可达100T脉冲强磁场,压力可达100GPA°PPMS可提供一般条件下的测试环境。在这种环境下,测试电缆连接应考虑热效应和测试结果的误差。


测试需要极小或极大的电阻。在超导条件下,被测样品的电阻可能低于GΩ级。在极端情况下,被测样品的电阻可能高达GΩ级,PPMS内置运输测试选择不符合要求。


需要测试极小的电压、电流和微分电导。此时,信号往往淹没在噪声中,PPMS内置测试选项往往不能满足要求。


应对策略


为了应对电气运输测试面临的挑战,必须在PPMS的基础上添加适合极低电平测试的高精度仪器作为必要的补充,该仪器必须具有去除噪声的能力。以锁相放大器为测试仪器的AC模式和由泰克(吉时利)622x低电平电流源/2182A纳伏计组成的Delta模式是两种主要的应对挑战的方法。两种方法的框图如下:


AC法框图


Delta模式。


Delta模式可以提供准直流电流反向技术的测量和计算,以消除温差电势的影响,根据通道1的两个电压测量结果计算每个Delta读数;测量电流源的正相和负相,降低噪音1000倍。


AC法和Delta模式法各有优势,相辅相成,一般配置在电运测试中。两者的应用范围如下图所示:


从上图可以看出,锁定放置可以更频繁地应用,如脉冲测试,但锁定放置更适合100mΩ~1mΩ范围的测试,Delta模式可以测试低电平的信号,也更适合低于100Ω和大于1mΩ的电阻测试。


泰克电运试验方案


一套6221/2182A。


24XX或26XX-台。


选择(每台)


AFG31252。


20028半数字万用表。


6514或6517或6430(测试介电常数)


多被测样品同时测试方案。


多样品测试可以在单个样品配置的基础上添加开关阵列轮回测试,但在某些情况下,如比热和磁阻测试,同一过程不能通过轮回测试。此时,需要配备多套SMU和低电平测试仪器,套数与PPMS锁提供的测试线数量有关。原则是每四个连接一套源表,每八个连接一套6221/2182A。下表给出了研究所同时测试四套PPMS多样品的典型配置。


高频运输特性测试方案。


在一般运输特性配置的基础上,应增加AWG系列任意波形发生器。泰克提供AWG5200和AWG7万系列任意波形发生器。下表为泰克任意波形发生器的主要参数:


方案优势


00fa~100ma电流输出,1nv电压测试灵敏度,高达10Ω。电阻测量灵敏度;


独特的TSPLINK连接6221/2182A,自动完成Delta模式测试。


Delta模式可降低噪音1000倍。


选择多型高精度SMU供激励源。


领先的AWG为高频运输特性研究提供了强有力的支持。


广泛应用于电运试验领域。


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