第４章 Hall 効果測定
4.2 Hall 効果測定装置
温度制御は、N2高圧（125 kgf/cm2）ガスを用いたJoule-Thomson効果による冷却に加え、
電熱線ヒータによる昇温を用いている。電熱線ヒータの制御には、試料台に設置された Pt 熱電対で温度を測定し、ヒータパワーを調整しながら、MMR社製K-20温度制御システムに て目標温度の設定をおこなう。また、磁界印加には、電磁石コイルに電源を供給することに より制御する。磁界方向、磁束密度の制御は、試料台に設置されたHallセンサで磁界を測定 し、MMR社製H-50によってコイルに供給する電源を調整しながら、目標磁界の設定をおこ なう。
Sample
Current Measure Meter Switching System Voltage Measure Meter
GP-IB Comunication
Cable Connecting Box Power Unit Suppling for Magnetic Coil
Temperature Controller
Measuring Instrument Controlled Computer
Magnetic Coil Suppling for Magnetic Field
Magnet Field Controller Voltage and Currnet Source Measure Unit
７００１
２００１ A ２０００ V
287‐S
SMU238 MU
H ‐ 50 K‐20
A V A V
図4.2.2 新しいHall効果測定システムの構成図
Sample SwitchingCircuit
Keithley Degital Multi Meter 2000 LO
HI
V
Keithley Scanner 7001 Switching System Keithley SMU 238
Keithley Degital Multi Meter 2001 LO
LO LO
HI HI
HI LO HI
A
図4.2.3 新しいHall効果測定システムの回路図
このHall効果測定システムでは、電圧源、電流源、電流計、電圧計、磁界及び温度の制御 測定装置が内蔵されており、Windows用自動制御アプリケーションが付属している。そのた
め、200 kΩ以上の高抵抗でも測定可能なHall効果測定システムを構築するには、磁界及び
温度制御以外の測定機器の構成を変更し、新たなWindows用自動制御アプリケーションの作 成が必要である。
新しく設計したHall効果測定システムの構成図、回路図及び、各装置を図4.2.2、図4.2.3
及び表4.2.2に示す。新しいシステムでは、電圧・電流源、電圧計、電流計に加え、van der Pauw
による測定方法を用いるために、電圧・電流源、電圧計及び電流計と試料電極端子間を接続 するスイッチングシステムが必要である。そこで、Keithley Scanner 7001 Switching System を用いる。
Keithley Scanner 7001 Switching Systemでは、電圧・電流源、電圧計及び電流計と電極
端子間の接続をおこなうスキャナカード（Keithley 7012 Matrix Card）の仕様上の制限があ る。スキャナカードの最大印加電圧は110 V、接触電圧0.5
µV
以下である。そこで、電圧計 は0.1 以上の測定可能であるKeithley Degital Multi Meter 2000を用いた。また、1 nA 以下も測定可能なKeithley Degital Multi Meter 2001を用いた。制御用コンピュータと各測 定装置の通信には、GP-IB通信方式を用いて、Windows用自動制御アプリケーションの作成 をおこなった。作成したWindows用アプリケーションを図4.2.4に示す。µV
表4.2.2 新しいHall効果測定システムの各装置名と役割及び測定範囲
Measuring Instrument Name Using Function Control and Measure Range
MMR H-50 Magnet Field Controller 〜1.4 T
MMR K-20 Temperature Controller 80K〜730K
Keithley Degital Multi Meter 2000 Voltage Measure Meter 0.1
µV
〜1000 V Keithley Degital Multi Meter 2001 Current Measure Meter 10pA〜3 AKeithley SMU 238 Voltage and Current Source 10
µV
〜1000V 1 pA〜1A Keithley Scanner 7001 Switching System ---表4.2.3 新しいHall効果測定システムの仕様
Measuring Range
Voltage Controlling and Measure Range 1µV〜110 V Current Controlling and Measure Range 1nA〜 1A Temperature Controlling and Measure Range 80K〜730K
Magnetic Field Controlling Range 〜1.4 T Resistance Measuring Range 1
µ
Ω〜1GΩそこで、新しいHall効果測定システムにおいて、抵抗値が200 kΩ以上でも測定可能とな った。Undoped Al0.6Ga0.4Sbの抵抗温度依存性を図4.2.5に示す。120 Kのとき0.47 と なった。1 までの抵抗測定が可能となるHall効果測定システムを構築し、0.47 まで の抵抗測定が可能であることがわかった。
GΩ Ω
GΩ G
図4.2.4 Windows用Hall効果測定アプリケーション
R esi st an ce [ Ω ]
Temperature [K]
Undoped Al
0.6Ga
0.4Sb
Over 200kΩ
New System can be measured in measure range 200 kΩ to 1 GΩ
100 200 300 400
104 105 106 107 108 109
図4.2.5 Undoped Al0.6Ga0.4Sbにおける抵抗温度依存性