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电输运测试面临的挑战及应对

发布时间:2023-07-10      点击次数:87

电输运测试面临的挑战:

1.特殊的测试条件。一般条件下,被测样品被放置在低温(通常是超导)及磁场环境中,其低温zuidi可达0.1mK, 磁场可高达16T。在jiduan条件下,磁场可达100T脉冲强磁场,压力可达100GPA。PPMS可以提供一般条件下的测试环境,在此环境下,测试电缆连线需考虑热效应及对测试结果的误差因素。

2.需要极小或极大电阻的测试。在超导条件下,被测样品电阻可能低至nΩ级。而jiduan情况下,被测样品电阻可能高达GΩ级,PPMS内置输运测试选件达不到要求。

3.需要测试极小电压、电流及微分电导,此时信号往往淹没在噪声中, PPMS内置测试选件往往不能满足要求。

应对挑战:

为应对电输运测试面临的挑战,在PPMS的基础上,必须添加高精度适合极低电平测试的仪器作为必要的补充,该仪器必须具备去除噪声的能力。以锁相放大器为测试仪器的AC法和以622x低电平电流源/2182A纳伏计组合构成的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, 以消除温差电动势的影响,每个Delta读数都是根据通道1的两个电压测量结果计算而来;一个测量电流源的正相,一个测量负相,从而使噪声降低1000倍。AC法和Delta模式法各有优势,相辅相成,一般在电输运测试时都配置。下图示意出两者应用范围:

从上两图可以看出,锁放可在更高频率应用 ,比如脉冲测试,但锁放较适合 100mΩ~1MΩ范围的测试,而Delta模式可测试更低电平的信号,也更适合低千100mΩ及大千1MΩ的电阻测试。

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