電(dian)輸(shu)運(yun)／物性表(biao)征(zheng)／量(liang)子(zi)材料／超(chao)導材料(liao)測(ce)試(shi)方案

概(gai)述(shu)： 凝(ning)聚態物理(li)學(xue)是(shi)研(yan)究由(you)大(da)量(liang)微(wei)觀(guan)粒子（原(yuan)子、分(fen)子(zi)、離子(zi)、電(dian)子(zi)）組(zu)成(cheng)的凝聚態物質的微(wei)觀(guan)結(jie)構、粒子間(jian)的(de)相(xiang)互作(zuo)用(yong)、運(yun)動(dong)規(gui)律及其物質性質與應(ying)用(yong)的(de)科(ke)學(xue)，是(shi)當(dang)代材料科(ke)學(xue)的物理(li)學(xue)基(ji)礎(chu)。凝聚(ju)態物理(li)學(xue)研究(jiu)的(de)方向主(zhu)要(yao)有：高溫超(chao)導及相(xiang)關(guan)強關(guan)聯(lian)體(ti)系的(de)基(ji)本電(dian)子(zi)性(xing)質、低維(wei)自(zi)旋和電(dian)荷(he)系(xi)統(tong)、納米(mi)功(gong)能(neng)材(cai)料(liao)的(de)基(ji)本電(dian)子(zi)性(xing)質研究(jiu)、自(zi)旋電(dian)子(zi)學(xue)材料(liao)基(ji)本性(xing)質等，量(liang)子(zi)材料/超(chao)導材料(liao)／半金(jin)屬材料(liao)／異質結構材(cai)料／超(chao)硬等都是(shi)凝(ning)聚態物理(li)學(xue)研究(jiu)的(de)對(dui)象。 綜(zong)合(he)物性測(ce)試(shi)是(shi)凝(ning)聚態物理(li)學(xue)的主(zhu)要(yao)測(ce)試(shi)，包(bao)括(kuo)電(dian)輸(shu)運(yun)測(ce)試(shi)如：電(dian)阻率(lv)、微(wei)分電(dian)阻、霍(huo)爾(er)系(xi)數(shu)、伏(fu)安(an)特(te)性(xing)、臨(lin)界(jie)電(dian)流(liu)等；磁(ci)學(xue)測(ce)試(shi)如：交流(liu)磁(ci)化(hua)率(lv)、磁(ci)滯回(hui)線 ，磁(ci)阻等(deng)；熱學(xue)測(ce)試(shi)如：比熱、熱磁(ci)曲線(xian)、熱電(dian)效(xiao)應(ying)、塞貝(bei)克系數(shu)、熱導率(lv)等；還(hai)包括(kuo)光學(xue)測(ce)試(shi)、壓(ya)力(li)測(ce)試(shi)、形(xing)貌表(biao)征(zheng)等(deng)。通(tong)常綜(zong)合(he)物性測(ce)試(shi)由(you)PPMS完成。 電(dian)輸(shu)運(yun)性(xing)質是(shi)物質（或材料(liao)）的(de)最(zui)基(ji)本和最(zui)重要(yao)的物理(li)屬性之(zhi)壹 ，反映(ying)了與電(dian)荷(he)相(xiang)關(guan)的基(ji)本物理(li)行(xing)為(wei)，如電(dian)阻、Hall電(dian)阻隨溫度、磁(ci)場(chang)、壓力(li)變化(hua)的規(gui)律，以及(ji)相(xiang)關(guan)的物理(li)效應(ying)如Shubnikov-de Haas量(liang)子(zi)振(zhen)蕩、量(liang)子(zi)霍爾(er)效(xiao)應(ying)等，是(shi)綜(zong)合(he)物性中(zhong)最(zui)重要(yao)的性(xing)質之壹。

電(dian)輸(shu)運(yun)測(ce)試(shi)面(mian)臨(lin)的挑戰(zhan)：

1.特(te)殊(shu)的(de)測(ce)試(shi)條(tiao)件。壹般(ban)條(tiao)件下(xia)，被(bei)測(ce)樣品(pin)被(bei)放置(zhi)在(zai)低(di)溫（通(tong)常是(shi)超(chao)導）及磁(ci)場(chang)環(huan)境中(zhong)，其低(di)溫zuidi可(ke)達(da)0.1mK, 磁(ci)場(chang)可(ke)高達16T。在(zai)jiduan條(tiao)件下(xia)，磁(ci)場(chang)可(ke)達(da)100T脈(mai)沖(chong)強磁(ci)場(chang)，壓力(li)可(ke)達(da)100GPA。PPMS可(ke)以(yi)提(ti)供(gong)壹般(ban)條(tiao)件下(xia)的測(ce)試(shi)環(huan)境，在(zai)此(ci)環(huan)境下(xia)，測(ce)試(shi)電(dian)纜(lan)連線需(xu)考(kao)慮熱效應(ying)及對(dui)測(ce)試(shi)結(jie)果(guo)的(de)誤差因(yin)素(su)。

2.需(xu)要(yao)極(ji)小(xiao)或極(ji)大(da)電(dian)阻的(de)測(ce)試(shi)。在(zai)超(chao)導條(tiao)件下(xia)，被(bei)測(ce)樣品(pin)電(dian)阻可(ke)能(neng)低(di)至(zhi)nΩ級(ji)。而(er)jiduan情況(kuang)下，被(bei)測(ce)樣品(pin)電(dian)阻可(ke)能(neng)高達GΩ級(ji)，PPMS內(nei)置(zhi)輸(shu)運(yun)測(ce)試(shi)選件達(da)不到(dao)要(yao)求。

3.需(xu)要(yao)測(ce)試(shi)極(ji)小(xiao)電(dian)壓(ya)、電(dian)流(liu)及微(wei)分電(dian)導，此(ci)時(shi)信號往(wang)往(wang)淹(yan)沒(mei)在噪(zao)聲中， PPMS內置(zhi)測(ce)試(shi)選件往(wang)往(wang)不能(neng)滿足(zu)要(yao)求。

應(ying)對挑(tiao)戰(zhan)：

為(wei)應(ying)對電(dian)輸(shu)運(yun)測(ce)試(shi)面(mian)臨(lin)的挑戰(zhan)，在(zai)PPMS的基(ji)礎(chu)上，必(bi)須添(tian)加(jia)適(shi)合(he)極(ji)低(di)電(dian)平測(ce)試(shi)的(de)儀(yi)器作(zuo)為(wei)必(bi)要(yao)的補(bu)充，該儀器(qi)必(bi)須具(ju)備(bei)去(qu)除(chu)噪(zao)聲的能(neng)力(li)。以(yi)鎖(suo)相(xiang)放大(da)器(qi)為(wei)測(ce)試(shi)儀(yi)器(qi)的AC法和以622x低(di)電(dian)平電(dian)流(liu)源／2182A納(na)伏(fu)計組(zu)合(he)構成(cheng)的Delta模(mo)式(shi)是(shi)兩(liang)種主(zhu)要(yao)的應(ying)對挑(tiao)戰(zhan)的方法 ，兩種方法的框(kuang)圖如下：

AC 法框圖

Delta 模式(shi)

Delta模式(shi)可(ke)以(yi)提(ti)供(gong)準(zhun)直流(liu)電(dian)流(liu)反向(xiang)技術(shu)的測(ce)量(liang)和計算(suan)， 以消(xiao)除(chu)溫差電(dian)動(dong)勢(shi)的(de)影(ying)響(xiang)，每個(ge)Delta讀(du)數(shu)都是(shi)根(gen)據通(tong)道1的(de)兩(liang)個電(dian)壓(ya)測(ce)量(liang)結(jie)果(guo)計算(suan)而來；壹個測(ce)量(liang)電(dian)流(liu)源的(de)正(zheng)相(xiang)，壹個測(ce)量(liang)負相(xiang)，從而(er)使噪聲降低(di)1000倍。AC法和Delta模式(shi)法各(ge)有優勢，相(xiang)輔(fu)相(xiang)成，壹般(ban)在電(dian)輸(shu)運(yun)測(ce)試(shi)時(shi)都配(pei)置(zhi)。下(xia)圖示(shi)意出(chu)兩(liang)者應(ying)用(yong)範(fan)圍(wei)：

從上(shang)兩(liang)圖可(ke)以(yi)看(kan)出，鎖(suo)放可(ke)在(zai)更(geng)高頻率(lv)應(ying)用(yong) ，比(bi)如脈沖(chong)測(ce)試(shi)，但(dan)鎖(suo)放較適(shi)合(he) 100mΩ~1MΩ範(fan)圍(wei)的(de)測(ce)試(shi)，而(er)Delta模(mo)式(shi)可(ke)測(ce)試(shi)更(geng)低(di)電(dian)平的(de)信號，也更適(shi)合(he)低(di)千(qian)100mΩ及(ji)大(da)千(qian)1MΩ的(de)電(dian)阻測(ce)試(shi)。

電(dian)輸(shu)運(yun)測(ce)試(shi)方案：除(chu)了低電(dian)平測(ce)試(shi)儀(yi)器(qi)，通(tong)常電(dian)輸(shu)運(yun)測(ce)試(shi)還(hai)要(yao)配(pei)置(zhi)SMU作(zuo)為(wei)直流(liu)激(ji)勵源。 特(te)殊(shu)情(qing)況(kuang)下還(hai)需(xu)要(yao)AFG作(zuo)為(wei)交(jiao)流(liu)激(ji)勵源，采(cai)集卡(ka)或示波(bo)器用(yong)於(yu)采(cai)集鎖(suo)放輸出(chu)信號。 如果(guo)測(ce)試(shi)介電(dian)常(chang)數(shu)，還(hai)需(xu)配(pei)置(zhi)靜(jing)電(dian)計。高頻輸(shu)運(yun)特(te)性(xing)的(de)研(yan)究(jiu)是(shi)電(dian)輸(shu)運(yun)特(te)性(xing)測(ce)試(shi)的(de)發(fa)展(zhan)方向，研究高頻輸(shu)運(yun)特(te) 性(xing)時(shi)，需(xu)配(pei)置(zhi)帶(dai)寬(kuan)達GHz的(de)任意波(bo)形發生器。

單壹被(bei)測(ce)樣品(pin)測(ce)試(shi)方案：

●6221/2182A壹套

●24XX或26XX壹臺

●選配(pei)（各(ge)壹臺）

○AFG31252

○2002八位半數(shu)字(zi)萬用(yong)表(biao)

○6514或6517或6430（測(ce)試(shi)介電(dian)常(chang)數(shu)）

多被(bei)測(ce)樣品(pin)同(tong)時測(ce)試(shi)方案：多樣品(pin)測(ce)試(shi)，可(ke)以(yi)在(zai)單壹樣品(pin)的(de)配(pei)置(zhi)基(ji)礎(chu)上加(jia)開(kai)關(guan)陣(zhen)列輪回(hui)測(ce)試(shi)，但(dan)某些(xie)情(qing)況(kuang)下 ，如比熱和磁(ci)阻測(ce)試(shi)時(shi)，同(tong)壹過(guo)程(cheng)無(wu)法用(yong)輪回(hui)方式(shi)測(ce)試(shi)，此(ci)時(shi)需(xu)配(pei)置(zhi)多套(tao)SMU及低電(dian)平測(ce)試(shi)儀(yi)器(qi)，套數(shu)與PPMS所提供(gong)的測(ce)試(shi)線(xian)的(de)數(shu)量(liang)相(xiang)關(guan)。 其原(yuan)則(ze)是(shi)每四(si)根(gen)連壹套源表(biao)，每八根線(xian)連壹套6221/2182A。下(xia)表(biao)給(gei)出(chu)某研究(jiu)院四(si)套(tao)PPMS多樣品(pin)同(tong)時測(ce)試(shi)的(de)典(dian)型配(pei)置(zhi)。

高頻輸(shu)運(yun)特(te)性(xing)測(ce)試(shi)方案：高頻輸(shu)運(yun)特(te)性(xing)測(ce)試(shi)，在(zai) 壹般(ban)輸運(yun)特(te)性(xing)配(pei)置(zhi)基(ji)礎(chu)上，需(xu)增配(pei)AWG系(xi)列(lie)任(ren)意波(bo)形發生器。 搭載(zai)AWG5200及AWG70000系(xi)列(lie)任(ren)意波(bo)形發生器。 下表(biao)為(wei)任(ren)意波(bo)形發生器的主(zhu)要(yao)參(can)數(shu)：

方案優勢：

●0fA~100mA電(dian)流(liu)輸出(chu)，1nV電(dian)壓(ya)測(ce)試(shi)靈(ling)敏(min)度，高達10nΩ電(dian)阻測(ce)量(liang)靈(ling)敏(min)度

●duyou的TSP LINK連接(jie)6221/2182A, 自動(dong)完成Delta模(mo)式(shi)測(ce)試(shi)

●Delta模式(shi)可(ke)降低(di)噪聲1000倍

·●多型(xing)號SMU供激(ji)勵源選擇

·●lx的AWG為(wei)高頻輸(shu)運(yun)特(te)性(xing)研(yan)究(jiu)提(ti)供(gong)強力支(zhi)持

·●電(dian)輸(shu)運(yun)測(ce)試(shi)領(ling)域(yu)普遍采(cai)用(yong)