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트랜스포트(transport) 측정

관련 제품 : MFLI , MF-MD , MF-DIG

응용기술 설명

전기 트랜스포트 측정(transport measurement)은 산란 메커니즘과 고체 상태 재료의 밴드 구조에 대한 통찰력을 제공하는 기본 재료 특성화 기법입니다. 양자 역학에 의해 설명되는, 거시적 캐리어 수송은, 저차원 시스템 및 저온에서 두드러지고, 게이트 조정 가능한 효과를 갖는 전자 재료 특성에 대한 가장 기본적인 개념 중 하나입니다 .

아래 그림은 게이트 지오메트리(gated geometry)에서 일반적인 2단자 및 4단자 측정 구성을 보여줍니다. 전기적, 광학적 또는 열적 여기(excitations)가 샘플에 적용되고 전압(V) 또는 전류(I) 신호로 변환됩니다. 이러한 측정은 종종 상당한 배경 잡음이 있는 저주파에서 수행됩니다. 샘플의 저항과 전도도는 온도, 게이트 전압 또는 자기장 강도와 같은 외부 파라미터의 함수로 V 및 I 신호로부터 도출됩니다.

측정 전략

Zurich Instruments MFLI Lock-in Amplifier connected to wire for transport measurements in gated geometry

측정 전략의 선택은 샘플의 임피던스 및 지오메트리에 따라 달라집니다. 락인앰프를 사용하는 AC 기술은 높은 감도, 신호 대 잡음비 및 동적 범위를 제공할 뿐만 아니라 큰 시스템 오류가 발생하기 쉬운 DC 측정에 비해, 더 빠른 측정을 제공합니다.

2단자 측정

이러한 측정은 일반적으로 연구 중인 장치를 통한 전도를 정량화하기 위해 정전압에서 수행됩니다. 이러한 측정의 예로 탄소나노튜브 또는 나노와이어를 통한 전도도 측정이 있으며, 여기서 샘플에 일정한 전압을 인가하고 전도도는 I(측정)/V(인가)로 계산됩니다. 2단자 측정은 수행이 간단하며 다음 시나리오에서 사용됩니다.

  • 접촉 저항은 샘플 저항으로 인하여 상대적으로 무시될 수 있습니다.

  • 샘플은 광학 또는 다른 수단에 의해 외부적으로 여기됩니다.

4단자 측정

이러한 측정은 정전류에서 수행되며, 장치의 저항은 샘플 부분에 걸친 전압 강하를 전류로 나눈 값으로 계산됩니다.

정전류는 정전류 소스 또는 전류 제한 저항(current-limiting resistor)을 사용하여 공급됩니다. 후자의 경우, 전류 제한 저항(current-limiting resistor)의 저항은 샘플 저항(임피던스)보다 훨씬 커야 합니다.

4단자 측정은 Hall bar 또는 Van der Paw geometry에서 수행할 수 있습니다. 2단자 측정에 비해 설정이 더 복잡하고, 다음 조건 중 하나가 적용되는 경우 선호되는 선택입니다.

  • 샘플의 임피던스가 작은 경우.
  • 재료의 특성에서 큰 접촉 저항을 배제할 필요가 있는 경우.

MFLI 잠금증폭기( MF-MD 다중 복조기 옵션이 장착된)를 사용하면, 단일 장비로 필요한 모든 작업을 수행합니다. 즉, 전류 제한 저항을 사용할 때 샘플을 통해 전류를 측정하고 샘플 전체에 걸쳐 전압 강하를 측정할 뿐만 아니라 샘플 게이트를 위한 DC 바이어스 전압을 적용합니다(게이트 종속 전송의 경우)입니다. DC 및 AC 여기는 전위가 소스 드레인 전극 전체에 적용되도록 외부적으로 혼합됩니다.

게이트 구조의 경우 소스 드레인 및 백게이트 전압의 함수로 전도도의 2차원 그림을 재구성하는 것이 일반적입니다. 측정이 시간이 많이 걸리는 저주파수에서 수행되기 때문에 측정이 긴 시간 상수로 인해 느려지기 때문입니다. 접지 루프를 비롯한 일부 주요 소음원을 제거하고 측정 주파수를 배경 소음으로부터 멀리 조정하면 이러한 측정 유형에 큰 도움이 됩니다.

취리히인스트루먼트 선택의 이점

  • 단일 MFLI 500kHz 잠금 증폭기 를 사용하여 샘플을 완전히 특성화할 수 있습니다: MF-MD 업그레이드 옵션 덕분에 DC 및 AC에서 I 및 V를 동시에 측정할 수 있습니다.
  • 내장된 아날로그 가산기를 사용하여 DC 및 AC 전압 바이어스를 혼합하고 출력합니다.
  • API 스위퍼 기능을 사용하면, 여러 게이트 전압 스위프를 통합할 수도 있습니다.
  • MF-DIG 디지타이저 옵션을 사용하여 노이즈 측정을 수행할 수 있습니다. I 및 V 입력 모두에서 시간 및 주파수 도메인 신호를 얻습니다.
  • 배터리 구동식 MFLI를 사용하면 저잡음 측정이 가능하고 접지 루프를 제거할 수 있습니다.
  • LabOne® 에서 제공하는 내장된 시간 및 주파수 영역 분석을 위한 통합 도구 세트 덕분에 측정 속도와 신호 대 잡음비가 향상될 수 있습니다.

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Application Notes

Zurich Instruments

Hall Effect for Sensing and Materials Characterization

Zurich Instruments

Noise reduction by parallel cross-correlation measurements

Oxford Instruments, Zurich Instruments

Efficient electrical nanodevice characterisation with OptistatDry cryostat and MFLI Lock-in Amplifier

Publications

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