絶縁層の評価方法

2.2.1 電気特性の測定

2.2.1–1 電流–電圧特性の測定

電流–電圧（I–V）特性はFig. 2-3 の回路を用いて直流4端子法で測定した。バイポ

ーラ直流電圧源(高砂製作所製 BWA25-1)により、回路に電圧を印加し、接合部の電 圧・電流はKEITHLEY社製デジタルマルチメータKEITHLEY 2000 MULTIMETER で測定した。回路の電流は1 Ω抵抗の電圧を測定し、その値を電流値とした。接合部

の電圧を0.015 V刻みで変化させ、0 Vから+0.3 Vまで上昇させていき、そこから–0.3

Vまで減少させていき、再び0 Vまで電圧を上昇させた。測定プログラムは付録に付 した。

Fig. 2-3 Measurement circuit for I–V characteristics.

Multimeter

Multimeter 1 Ω

Tunnel Junction

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2.2.1–2 定電圧の印加による抵抗変化の測定

トンネル接合の定電圧印加による特性変化を調べるために、トンネル接合に一定の 電圧を印加し、その抵抗変化を測定した。抵抗値は接合部の電圧と回路の電流を 4 端子法で測定し、その値から抵抗値を算出した。接合の印加電圧を一定にするため に、接合部の電圧を測定する毎に電源電圧を比例制御している。測定回路の構成は I–V特性を測定するのに用いた回路Fig.2-3 と同じである。

接合部の電圧が設定電圧になった時に回路に印加されている電圧を調べ、その電 圧を初期電圧とした。回路に初期電圧を印加 15 s 待った。接合部の電圧と電流を測 定し、その電圧と設定電圧の差分を印加電圧に足した値を回路に印加し15 s 待った。

この過程を240回繰り返した後、電圧の印加をとめて、I–V特性を±0.3 Vの範囲で測 定した。再び、回路に初期電圧を印加し、同様の過程を繰り返した。バイポーラ直流 電圧源(高砂製作所製 BWA25-1)により、回路に電圧を印加し、接合部の電圧・電流 はアドバンテスト社製デジタルマルチメータ TR6846で測定した。測定プログラムは付 録に付した。

2.2.1–3 電流分光スペクトルの測定方法

Fig.2-4 の回路を用いて測定を行った。直流電流に微少な交流電流を重畳するため

に、バイポーラ直流電圧源(高砂製作所製 BWA25-1)と交流電圧源(ロックインアンプ 内蔵の発振器)を並列に接続した。直流電圧源に交流電流が流れ込まないように抵 抗とコンデンサによりローパスフィルタを、交流電圧源に直流電流が流れ込まないよ うに4.7 μF のコンデンサを直列に挿入した。このローパスフィルタのカットオフ周波数 の計算値は0.34 Hzである。交流の周波数は、直流電圧源への流れ込みを考慮する と高い方がよいが、高周波数では素子のキャパシタンス効果等の影響が現れる可能 性がある。ここでは12.5 kHzとした。印加交流電圧の周波数が12.5 kHzのみになる ように、さらに交流電源に含まれる25 kHz成分を減らすために12.5 k Hzのバンドパ スフィルタ及び25 kHzのノッチフィルタを挿入した。

電流分光測定は主に液体窒素温度で行った。直流電圧・電流は KEITHLEY 社製 デジタルマルチメータ(KEITHLEY 2000 MULTIMETER)で測定した。直流電圧は0 V から接合部の電圧を0.05 V刻みで上昇させていき、0.2 Vで反転させ–0.2 Vまで同様 に減少させた。この時、上部電極から下部電極に電流が流れる場合を正の電圧とし た。交流電圧・電流はエヌエフ回路設計ブロック製2位相ロックインアンプ5610Bで測 定した。なお、交流電圧は直流電圧を変化させ、ロックインアンプの出力が定常にな るのを待った後(28 s後)に測定した。交流の変調電圧値は2 mVとした。時定数は1 s に設定した。(1-13)式より、2階微分特性を計算するためには12.5 kHzの交流電圧値 (基本波)、交流電流値、及び、25 kHzの交流電圧値(第2高調波)を測定する必要が ある。第 2 高調波の値は特に小さくノイズの影響を受けやすいので、ロックインアンプ についているバンドパスフィルタのQ値を30に設定し測定した。電圧値は直流、交流 ともに 4 端子法により素子の両電極の電位差を測定した。電流値は回路中の標準抵

抗(1 Ω)にかかる電圧を測定することで求めた。測定プログラムは付録に付した。

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Fig. 2-4 Measurement circuit for current spectroscopy.

Multimeter Lock-in amp 600Ω

470Ω 10kΩ 4.7μF

1mF 470Ω

1Ω 10nF

28.8nF 3.9mH

3.9mH