輸運測量 Transport Measurements

正如量子力學所描述的，宏觀載流子輸運是電子材料屬性中的最基本概念之一，在低維系統和低溫條件下具有顯著的閘門可調效應。

下圖顯示了在閘門控幾何結構中的典型 2 端子和 4 端子測量配置。對樣品施加電、光或熱激勵訊號，並將其轉換為電壓 (V) 或電流 (I) 訊號。這些測量通常在具有顯著背景雜訊的低頻條件下進行。樣品的電阻和電導是根據電壓和電流訊號推導出的，而這些訊號會隨著溫度、柵極電壓或磁場強度等外部參數的變化而變化。

測量方法：

測量方法的選擇取決於樣品的阻抗和幾何結構。與容易出現較大系統誤差的直流測量相比，使用鎖相放大器的交流技術具有更高的靈敏度、信噪比和動態範圍，測量速度也更快。

2 端子測量：
這類測量通常在恆定電壓下進行，用於量化被測元件的傳導性。以測量通過碳納米管或納米線的電導為例，向樣品施加恆定電壓，電導的計算為電流（測量值）除以電壓（施加值）。2 端子測量操作簡單，可用於以下場景：

• 接觸電阻與樣本電阻相比可以忽略不計。
• 通過光學或其他方法對樣本進行外部激勵。

4 端子測量
這類測量是在恆定電流下進行的，被測元件的電阻計算方法是用樣本某部分的電壓降除以電流。
恆定電流可以使用恆定電流源或限流電阻器來提供；如果選擇後一種方法，則限流電阻器的電阻需要遠大於樣本電阻（阻抗）。

4 端子測量可以在霍爾條或範德堡幾何結構中進行。與 2 端子測量相比，4 端子測量的設置更為複雜。但如果是以下情況之一，則首選 4 端子測量方法：

• 樣本的阻抗較小。
• 必須從材料屬性中排除較大的接觸電阻。

使用 MFLI 鎖相放大器（具有 MF-MD 多解調器升級選件），只需一台設備即可完成所有要求的任務：測量通過樣品的電流（當使用限流電阻器時）和樣本上的電壓降，以及向樣本施加直流偏置電壓以對樣本進行閘門控（在進行閘門控相關的輸運測量時）。直流和交流激勵信號在外部混合，以便在源漏極之間施加電勢。

對於閘門控結構，常見的做法是建立一個二維圖，展示電導與源漏電壓和背柵電壓的函數關係。然而，這個過程通常很耗時，這是因為測量是在低頻條件下進行的，所以雜訊會很顯著，進而鎖相解調時間常數需要很大，最終減慢測量速度。消除一些主要噪音源（包括接地環路）並將測量頻率調整到遠離背景雜訊的區間，對此類測量有很大幫助。

選擇Zurich Instruments 的優勢

• 擁只需一台 MFLI 500 kHz 鎖相放大器，即可對樣品進行全面表徵：結合使用可現場升級的 MF-MD 選件，則能夠同時測量直流和交流條件下的電流和電壓。
• 利用內置的模擬加法器，可以混合並輸出直流和交流電壓偏置。
• 借助 Sweeper（參數掃描器）功能，還可以集成多個門控電壓掃描。
• 可使用 MF-DIG 數位轉換器 選件進行雜訊測量：在時域和頻域內查看輸入電流和電壓信號。
• 由電池供電的 MFLI 支持低雜訊測量，並能消除接地環路。
• 借助 LabOne® 提供的整合式軟體包進行內置時域和頻域分析，可以提高測量速度和信噪比。

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