Manual for Admittance Spectroscopy Measurement System 导纳谱测量糸统使用说明 ZHU Hai 2008.5 目录 测量系统概述 2.LcR表 仪器测量功能 主要测量参数控制 2c.仪器面板与连线. 2d.控制操作. 热电偶系统 334688 3.a.热电偶热电势. 3.b.本热电偶系统说明. 4.样品架装置与样品准备. 4.a.样品架的基本要求 b.样品架的结构 样品的测量准备 17 4d.样品的安装与温度设置. 4.e.样品架的基本维护 21 5.测量控制软件. 5.a.测控软件概述… c-V谱扫描设置 导纳谱扫描设置 5d.测量结果处理
Manual for Admittance Spectroscopy Measurement System 导纳谱测量系统使用说明 ZHU Hai 2008.5 目录 1. 测量系统概述.......................................................................................................................2 2. LCR 表....................................................................................................................................3 2.a. 仪器测量功能...........................................................................................................3 2.b. 主要测量参数控制...................................................................................................3 2.c. 仪器面板与连线.......................................................................................................4 2.d. 控制操作...................................................................................................................6 3. 热电偶系统...........................................................................................................................8 3.a. 热电偶热电势...........................................................................................................8 3.b. 本热电偶系统说明.................................................................................................10 4. 样品架装置与样品准备.....................................................................................................15 4.a. 样品架的基本要求.................................................................................................15 4.b. 样品架的结构.........................................................................................................15 4.c. 样品的测量准备.....................................................................................................17 4.d. 样品的安装与温度设置.........................................................................................19 4.e. 样品架的基本维护.................................................................................................21 5. 测量控制软件.....................................................................................................................24 5.a. 测控软件概述.........................................................................................................24 5.b. C-V 谱扫描设置......................................................................................................26 5.c. 导纳谱扫描设置.....................................................................................................27 5.d. 测量结果处理.........................................................................................................29
Manual for Admittance Spectroscopy Measurement System by ZhU Hai 测量系统概述 本实验目的为测量半导体低维量子结构的电导随温度变化,以推 算出样品的激活能。通过一系列测量可以分析出样品结构或者杂质缺 陷产生的深能级 本实验基于特别设计定制的样品架装置,利用液氮低温源使样品 温度能在一定范围内缓慢变化,利用安装了基于GPIB ( Genera| Purpose Interface Bus,通用接口总线,即IEE488标准总 线)的控制器卡和相应控制程序的计算机同时记录下热电偶系统测量 到的温度(电压信号)和LCR表测量到的电导值就可以得到导纳谱。 导纳谱谱图可以在测量时通过控制程序的一个窗口看到,也可以 dat”的数据文件( ASCll码)形式保存。此数据文件可以直接被 Origin或者Exce程序导入,采用单频或者多频测量分析方法拟合得 到样品激活能的值
Manual for Admittance Spectroscopy Measurement System by ZHU Hai 1. 测量系统概述 本实验目的为测量半导体低维量子结构的电导随温度变化，以推 算出样品的激活能。通过一系列测量可以分析出样品结构或者杂质缺 陷产生的深能级。 本实验基于特别设计定制的样品架装置，利用液氮低温源使样品 温 度 能 在 一 定 范 围 内缓慢 变 化 ， 利 用 安 装 了 基 于 GPIB （General-Purpose Interface Bus，通用接口总线，即 IEEE 488 标准总 线）的控制器卡和相应控制程序的计算机同时记录下热电偶系统测量 到的温度（电压信号）和 LCR 表测量到的电导值就可以得到导纳谱。 导纳谱谱图可以在测量时通过控制程序的一个窗口看到，也可以 “.dat”的数据文件（ASCII 码）形式保存。此数据文件可以直接被 Origin 或者 Excel 程序导入，采用单频或者多频测量分析方法拟合得 到样品激活能的值
Manual for Admittance Spectroscopy Measurement System by ZHU hai 2.LCR表 2a仪器测量功能 本实验系统主要采用 Agilent公司的4284A型精密LCR表。LCR 表基于自动平衡交流电桥的原理,能够测量任意二端网络的电阻、电 导、电容、电感、耗散因数、品质因数等参数。本实验需要用到电导 和电容的测量,4284A型精密LCR表能够测量的电导值在001nS到 999999S之间,电容值在0.01F到99999F之间,精确度一般可达 0.05%,并且以6位数字分辨显示。本实验测量的样品都是半导体低 维量子结构,尽管电导、电容值都较小,此仪器精度仍可以支持本实 2b主要测量参数控制 本实验系统中,我们使用4284A的“C-G”功能测量样品的电 容、电导,同时需要控制外加直流偏压、温度等参数。在测量中,需 要控制交流测量信号频率、幅度。4284A可以选择20Hz到1MHz之 间的8610个确定的频率,一般可以满足各种需要;4284A可以设定 交流信号幅度从5mV到2V,1mV间隔可调,需要配合ALC( Automatic Level Control,自动电位控制)开关使用。一般为了得到高信噪比的 信号,对于实验中遇到的典型量子点、量子阱样品,一般取1MHz到 50kHz之间的一些“整数”频率。 3/29
Manual for Admittance Spectroscopy Measurement System by ZHU Hai 3 / 29 2. LCR 表 2.a.仪器测量功能 本实验系统主要采用 Agilent 公司的 4284A 型精密 LCR 表。LCR 表基于自动平衡交流电桥的原理，能够测量任意二端网络的电阻、电 导、电容、电感、耗散因数、品质因数等参数。本实验需要用到电导 和电容的测量，4284A 型精密 LCR 表能够测量的电导值在 0.01nS 到 99.9999S 之间，电容值在 0.01fF 到 9.99999F 之间，精确度一般可达 0.05%，并且以 6 位数字分辨显示。本实验测量的样品都是半导体低 维量子结构，尽管电导、电容值都较小，此仪器精度仍可以支持本实 验。 2.b.主要测量参数控制 本实验系统中，我们使用 4284A 的“C − G”功能测量样品的电 容、电导，同时需要控制外加直流偏压、温度等参数。在测量中，需 要控制交流测量信号频率、幅度。4284A 可以选择 20Hz 到 1MHz 之 间的 8610 个确定的频率，一般可以满足各种需要；4284A 可以设定 交流信号幅度从 5mV 到 2V，1mV 间隔可调，需要配合 ALC（Automatic Level Control，自动电位控制）开关使用。一般为了得到高信噪比的 信号，对于实验中遇到的典型量子点、量子阱样品，一般取 1MHz 到 50kHz 之间的一些“整数”频率
Manual for Admittance Spectroscopy Measurement System by ZhU Hai 2c仪器面板与连线 Cs: LTB: 548nF D:8.3183 4284A仪器面板照片如上。左下角白色塑料开关为仪器电源开关, 其右五个接线柱依次为地端、低电流端(Lcur)、低电压端(Lpot)、 高电压端(Hpot)、高电流端(Hcur)。上方液晶屏可以显示仪器的工 作状态,辅助面板手动操作设置,并且实时显示测量参数和测量读数。 液晶屏右下方的金属旋钮用来调节显示对比度。右边的红色发光二极 管显示直流偏置信号(电压或电流)是否加载;在面板手动操作时, 极管下方的方形软开关可以控制直流偏置信号的开关。面板右上方 的四只橙色发光二极管显示GPB接口的工作状态,从上到下依次为: RMT( remote),遥控操控模式;LTN( listen),本地接受数据信号,TLK (tak),本地发送数据信号;SRQ( service request),远程服务器任 务请求;二极管下方LCL(Loca)方形软按钮可以将LCR表切换到面板 手动控制模式。而在面板手动控制模式下,通过面板上的功能、光标、 数字按钮可以进行菜单设置操作。 LCR表采用高达1MHz的高频信号进行测量,因此需要考虑信号线
Manual for Admittance Spectroscopy Measurement System by ZHU Hai 2.c.仪器面板与连线 4284A仪器面板照片如上。左下角白色塑料开关为仪器电源开关， 其右五个接线柱依次为地端、低电流端（Lcur）、低电压端（Lpot）、 高电压端（Hpot）、高电流端（Hcur）。上方液晶屏可以显示仪器的工 作状态，辅助面板手动操作设置，并且实时显示测量参数和测量读数。 液晶屏右下方的金属旋钮用来调节显示对比度。右边的红色发光二极 管显示直流偏置信号（电压或电流）是否加载；在面板手动操作时， 二极管下方的方形软开关可以控制直流偏置信号的开关。面板右上方 的四只橙色发光二极管显示GPIB接口的工作状态，从上到下依次为： RMT（remote），遥控操控模式；LTN（listen），本地接受数据信号， TLK （talk），本地发送数据信号； SRQ（service request），远程服务器任 务请求；二极管下方LCL（Local）方形软按钮可以将LCR表切换到面板 手动控制模式。而在面板手动控制模式下，通过面板上的功能、光标、 数字按钮可以进行菜单设置操作。 LCR表采用高达1MHz的高频信号进行测量，因此需要考虑信号线
Manual for Admittance Spectroscopy Measurement System by ZHU hai 系统的分布电容对测量回路的干扰,同时电压、电流信号线的接触电 阻也会影响实验。4284A常用的接线方式有2T式、3T式、4T式、5T式 以及4TP式。仪器厂家已经对这五种方式进行了计算分析,得出了各 自适用的阻抗测量范围,如下图所示(说明见此、)。 Pot 闺 DUT 5T4TP 测量范围 Hour Pot G DUT DUT Pot Hour O H Spot Pot DUT DUT Pot Pot Lcr LC -3T -4T -4TP 1m10m100m110100k10k100k1M10M10M/Q 5/29
Manual for Admittance Spectroscopy Measurement System by ZHU Hai 5 / 29 系统的分布电容对测量回路的干扰，同时电压、电流信号线的接触电 阻也会影响实验。4284A常用的接线方式有2T式、3T式、4T式、5T式 以及4TP式。仪器厂家已经对这五种方式进行了计算分析，得出了各 自适用的阻抗测量范围，如下图所示（说明见此↘↘↘）。 1m 10m 100m 1 10 100 1k 10k 100k 1M 10M 100M /Ω 2T 3T 4T 4TP 5T Hcur Hpot Lpot Lcur DUT Hcur Hpot Lpot Lcur DUT Hcur Hpot Lpot Lcur DUT Hcur Hpot Lpot Lcur DUT Hcur Hpot Lpot Lcur DUT 2T 3T 4T 5T 4TP 测量范围