专利名称：使用锁相放大技术的自动化磁输运测量系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及低温强磁场下对材料电学输运性质进行测量的技术，具体指一 种使用锁相放大技术的自动化磁输运测量系统，它主要适用于半导体材料在深 低温强磁场下电学输运量子效应的精确测量。
背景技术：
在半导体材料与器件的物理研究过程中，磁输运测量一直是一种重要而又 直接的研究手段。在不同的温度和磁场条件下，电学输运性质经历经典和量子 两个过程。通过改变温度、磁场等外界条件，不但可以获得样品中的载流子浓 度和迁移率等基本物理量，还可以研究在极端条件下(深低温、强磁场)涉及 载流子输运的一些量子物理现象，例如磁阻震荡、量子霍尔效应。通过对半导 体材料量子磁输运的研究，可以进一步分析材料能级分布、电子自旋分裂、不 同子带间电子相互作用、反弱局域效应等等。
目前大部分磁输运测量都是基于直流电系统，这就要求测试时样品上所加
的电流比较大(一般在"A量级)，在温度较高时(77K以上)，这对整个测试的 影响不大，但是随着温度的降低(4.2K以下)，大电流的加热效应越来越明显， 给测量带来了较大的误差；同时由于直流测量的限制，如果测量电流太小，测 量的精度就无法保证，所以在深低温下直流测量难以实现高精度。另外，当样 品带有栅电极时，经常希望获得栅压和磁场连续变化时的电学输运测量结果， 从而得到栅压-磁场相图。 一般的测量系统只能够在自动扫描栅压或磁场的同
时记录电学输运测量结果，因此测量流程是手动调整栅压扫描磁场或者手动调 整磁场扫描栅压。当所需要的栅压、磁场点很多的时候，这种半自动测量方式 就显得很麻烦。
发明内容
本发明的目的就是解决直流磁输运测量在深低温下精度不高和实现栅压-磁场相图的自动测量。这里需要明确的是，本发明所指的栅压-磁场相图测量
是在某个温度下，样品栅压Vg和磁场B分别在一定范围[Vi,VJ和[Bi，Bn]内变 化，在每个(Vg， B)点都测量霍尔板样品的纵向电压和横向电压，由此得到
在[Vi，VJ， [Bi,Bn]范围内栅压-磁场相图。
本发明设计了一种使用锁相放大技术的自动化磁输运测量系统，实现了深 低温下的精确磁输运测量和栅压-磁场相图的自动测量。鉴于直流测量精度的 限制，本发明采用锁相放大技术，使用交流电流和锁相放大器进行磁输运测量， 测量电流很小(一般在10 10^A量级)，在深低温时(4.2K以下)的加热效 应很小，大大提高了测量的准确性。
本发明技术方案如下
测量系统包括标准霍尔板样品101、接线盒102、低温杜瓦103及温控装 置104、磁体105及磁控装置106、两台锁相发大器107和108、电流源109、 反向截止电路IIO、电压源lll、 GPIB控制卡112、计算机113。
测试样品101 —般应制备成标准霍尔板形状，如图1蜂窝状区域。A、 C、 D、 E、 F、 G为6个接触电极，由引线分别与接线盒端口相连接，引线与电极 间应形成欧姆接触。A-E间通测量电流，C-D间或F-G间测量纵向电压，C-G 间或F-D间测量横向电压。由纵向电压和测量电流可以得到磁阻，横向电压就
是霍尔电压。如果在样品上覆盖一层绝缘层，然后在通测量电流的沟道上方生 长金属层形成栅极(如图1斜线区域)，则可以在测量时改变材料中的载流子
浓度，B、 H为栅极的接触电极，由引线与接线盒端口相连接。接线盒102包 含8个端口，端口与样品电极通过引线接通，测试电缆可以方便地通过接线盒 端口与样品连接。
低温杜瓦103内有样品室，保证测试样品所需温度。如果磁体对温度有特 别要求，如超导磁体要求工作在液氦温度，那么磁体也应该放置在低温杜瓦内 以保证工作温度。低温杜瓦内有制冷装置或制冷液体，加热装置，配备温度控 制装置104，温控装置104能独立调整或保持样品室的温度。
磁体105为电磁铁，控制电磁铁磁场强度的磁控装置106 (励磁电源)能 够输出指定电流并保持(如输出1A电流并保持)，或在指定的范围内以指定励 磁速率扫描(如以1A/min的速率从OA到10A扫描)。磁控装置106应该带有 GPIB接口，使得能够通过计算机控制磁控装置和获得其输出电流值。标定磁 场后，可以得到磁控装置输出电流(励磁电流)和磁场强度的对应关系，计算 机可自动在励磁电流值和磁场强度之间进行转换。
两台锁相放大器107和108分别测量纵向电压(C-D间或F-G间)和横向 电压(C-G间或F-D间)。根据锁相放大原理，测量需要参考信号，并且参考 信号与测量信号应该同频率且相位差恒定，所以锁相放大器应该带有内部振荡 器，可以锁定外部输入的参考信号，或者内部产生参考信号并输出给其他测量 仪器。在本发明中， 一台锁相放大器内部振荡器产生参考信号，并输出给另一 台锁相放大器，同时输出给反向截止电路(详细介绍见后)，使得测量信号与 参考信号锁定。另外，两台锁相放大器107和108应该带有GPIB接口，使得
计算机能够控制其进行测量并获得测量数据。
电流源109提供测量电流，为直流源，带有GPIB接口，使得计算机能够 控制其进行测量。反向截止电路110 (图2)输入电流源提供的稳恒电流和锁 相放大器提供的参考信号，输出与参考信号同频率且相位差恒定的交流电流， 交流电流波峰为输入电流，波谷为零电流。反向截止电路IIO输出端通过接线 盒102与样品A-E电极相连接，提供锁相测量需要的交流电流。由于锁相发大 器所测得的电压值一般为交流电压的均方根值(RMS)，要直接用电压除以电 流得到电阻，交流电流值也应该为均方根值，所以需要为反向截止电路标定输 入电流所对应的输出电流均方根值。当电流源输入反向截止电路的稳恒电流为 某个值时，使用锁相放大器输出参考信号给反向截止电路，同时测量输出端电 流，可以得到此输入电流所对应的输出电流的均方根值。
电压源lll为直流电压源，提供栅压(B-E间或H-E间)，带有GPIB接口， 使得计算机能够控制其进行测量。
GPIB卡112为计算机113提供GPIB总线，计算机与各个仪器的通信都是 通过GPIB总线完成的。
计算机113为测量的控制中枢，根据编制好的程序操控整个测量过程，储 存和显示测量结果。
测量系统各个仪器之间的连接见图3。霍尔板样品101放置在低温杜瓦103 中，温控装置104与低温杜瓦103连接，控制样品室温度。如果磁体105对温 度有特殊要求，那么将磁体105置于低温杜瓦103中，否则磁体105置于杜瓦 103夕卜。不管磁体105在哪里，都要保证样品101处于磁场区域。磁控装置106 与磁体105相连，控制磁场。样品101各个电极通过引线与接线盒102不同端
口相连。通过接线盒102端口，电压源111与样品101B-E电极或H-E电极连 接(提供栅压)，反向截止电路110输出端与A-E电极连接(提供测量电流)， 锁相放大器107与C-D电极或F-G电极连接(测量纵向电压)，锁相放大器108 与C-G电极或F-D电极连接(测量横向电压)。锁相放大器107内部振荡器产 生参考信号，其输出端与锁相放大器108的输入端相连，同时也与反向截止电 路110参考信号输入端相连。电流源109与反向截止电路110直流电流输入端 相连。磁控装置106、电压源lll、电流源109、锁相放大器107和锁相放大器 108都通过GPIB卡112与计算机113相连。
计算机控制程序可自动控制完成测量过程。对测量任务进行分析后可以得 到测量系统的数据流模型，如图4。根据数据流模型，设计此程序的结构如图 5。程序分为栅压磁场扫描模式和磁场栅压扫描模式两大模块，每个模块包含 测量参数输入、测量控制、测量数据输出3个子模块，其中测量控制子模块为 程序的核心。两大模块共用仪器操作相关的子模块，其他子模块结构相似但具 体组成不同。各个子模块间传递的控制信息和数据信息详见
。两大模 块分别对应栅压-磁场相图的两种测量模式栅压磁场扫描模式为分别设定栅 压V『V^ V2， Vs…，Vn，在不同的栅压时，在[Bi，BJ的范围内扫描磁场，同 时测量纵向和横向电压，最后完成[V,，Vn]，[B,，Bn]范围内栅压-磁场相图的测量； 磁场栅压扫描模式为分别设定磁场强度B=B,， B2， B3"*， Bn，在不同的磁场 强度时，在[^,VJ的范围内扫描栅压，同时测量纵向和横向电压，最后完成， [Vi,Vn]范围内栅压-磁场相图的测量。
按照程序结构图和测量控制方法，程序流程图(图6)主要是对程序结构 图中测量控制模块的详细设计，清楚描述了测量的具体过程。用户界面(输入 面板、实时显示)部分可根据所用的开发系统特点进行设计；仪器驱动根据选
用的仪器说明书进行编写或直接使用仪器自带驱动；GPIB卡驱动使用其自带 驱动；文件保存部分根据所需的文件格式进行设计。
中详细注释了流 程图中的重点步骤。以数据流图、程序结构图、程序流程图及其说明为依据， 可使用高级计算机语言(如C+十、Labview、 Basic等)编制出计算机控制程序。
本发明的测试过程如下
1、 完成样品101准备，低温杜瓦103准备，标定反向截止电路输出电流均 方根值，标定励磁电流与磁场强度的对应关系，按图3连接各个测试仪器和放 置样品。
2、 调整温控装置104，使得样品101达到并保持所需的测试温度。
3、 运行计算机控制程序，选择栅压-磁场相图测量模式，输入电流源参数、 磁场扫描参数、栅压扫描参数、锁相放大器参数、文件保存位置。若样品不需 要栅压，则可选择栅压磁场扫描模式，但将栅压点数设为1，起始值、终止值 都设为0，再设置磁场即可；若样品也不需要磁场，则进一步将磁场起始值、 终止值都设为0，扫描速率任意。若样品不需要磁场，则可选择磁场栅压扫描 模式，但将磁场点数设为1，起始值、终止值都设为0，再设置栅压即可。点 击开始按键，程序自动控制测量过程，测量完成后自动保存测量结果。
4、 可以改变温度，重新设定测量参数，进行新的测量。
5、 测量结束后，取出样品，拆除连线，归位低温杜瓦和各个测试仪器。 本发明具有如下优点能够用微小电流(一般在10 10^A量级)进行的
磁输运测量，减小大电流带来的不利影响，实现了在深低温强磁场下精确的电 学输运测量；自动测量栅压-磁场相图并记录实验数据和实时显示数据图形， 测量过程直观且自动化程度高。
图1:霍尔板样品结构示意图。 图2:反向截止电路示意图。
图3:使用锁相放大技术的自动化磁输运测量系统结构示意101、标准霍尔板样品；102、接线盒；103、低温杜瓦；104、温控装置； 105、磁体；106、磁控装置；107、锁相放大器；108、锁相放大器；109、电 流源；110、反向截止电路；111、电压源；112、 GPIB控制卡；113、计算机。
图4:计算机控制程序数据流(1) 数据流条目
实验数据1=栅压+励磁电流+纵向电压+横向电压(注数据单位为来自仪 器的默认单位。)
实验数据2=电流+栅压+磁场强度+纵向电压+横向电压(注电流为反向
截止电路输出电流的均方根值，数据单位为程序设定单位。)
实验数据3 =电流+ U栅压l磁场强度〕+ ((磁场强度l栅压)+纵向电压+横
向电压}}
图表=电流+栅压+磁场强度+纵向电压+横向电压(注数据为图表的形 式。)
(2) 文件条目
实验数据队列{栅压+励磁电流+纵向电压+横向电压}(注数据单位为来 自仪器的默认单位，队列为动态队列，获取的实验数据进队尾，处理的实验数 据出队首)
实验数据文件电流+ U栅压l磁场强度〕+ U磁场强度l栅压)十纵向电压 +横向电压}}(注电流为反向截止电路输出电流的均方根值，数据单位为程 序设定单位。) (3)小说明
获取实验数据控制仪器测量，从仪器获得实验数据，写入队列。
处理队列数据从队列中取出实验数据，将其转换为需要的单位；励磁电流转 换为相应的磁场强度；从电流源得到输出电流，将其转换为反向截止电路输出 电流的均方根值。
显示数据将实验数据实时显示为图表形式，方便实验者监测。 存储数据将实验数据转换成合适格式保存为数据文件。 图5:计算机控制程序模块结构栅压磁场扫描模式和磁场栅压模式程序大体结构相同，共用一些模块，但 非共用的同名模块虽然功能类似，但内部构造不同，是两个不同的模块。模块 之间的传递信息，英文字母标识的是控制信息，数字标识的是数据信息。
(1)控制信息
A、 仪器参数，包括栅压起始值、终止值，栅压点数及其他电压源必要 参数；磁场起始值、终止值，磁场扫描速率及其他磁控装置必要参数；两个锁
相放大器各自的电压量程，时间常数，参考信号频率及其他锁相放大器必要参
数；电流源输出值及其他电流源必要参数；数据文件保存位置，名称，文件说 明等。
B、 检査后正确的仪器参数，磁场起始值、终止值，磁场扫描速率转换成 对应的励磁电流起始值、终止值，励磁速率。
c、初始化及仪器设置命令。
D、 E、 F、 G分别为控制电流源109、电压源111、锁相放大器107或锁 相放大器108、磁控装置106的命令。
H、 J、 K、 L分别为电流源驱动、电压源驱动、锁相放大器驱动、磁控装 置驱动通过GPIB卡发送的命令。
M、获取实验数据过程中对仪器的操作命令。
N、关闭仪器命令。
P、仪器参数，包括磁场起始值、终止值，磁场点数及其他磁控装置必 要参数；栅压起始值、终止值，栅压点数及其他电压源必要参数；两个锁相放 大器各自的电压量程，时间常数，参考信号频率及其他锁相放大器必要参数； 电流源输出值及其他电流源必要参数；数据文件保存位置，名称，文件说明等。
Q、检査后正确的仪器参数，磁场起始值、终止值，磁场扫描速率转换成 对应的励磁电流起始值、终止值，励磁速率。
R、初始化及仪器设置命令。
S、获取实验数据过程中对仪器的操作命令。
(2)数据信息
I、 2、 3、 4分别为电流源109、电压源lll、锁相放大器107或锁相放大 器108、磁控装置106返回的测量数据或状态信息。
5、 返回的一组测量数据电流源输出值、电压源输出值、励磁龟流、纵 向电压、横向电压。
6、 单位为设定单位的测量数据电流(反向截止电路输出电流的均方根 值)、栅压、磁场强度、纵向电压、横向电压。
7、 一个栅压点对应的一批测量数据电流+栅压十{磁场强度+纵向电 压+横向电压}。
8、 整理为所需文件格式的测量数据文件说明+电流+ {栅压+ (磁场 强度+纵向电压+横向电压}}。
9、 返回的一组测量数据电流源输出值、励磁电流、电压源输出值、纵 向电压、横向电压。
10、 单位为设定单位的测量数据电流(反向截止电路输出电流的均方根 值)、磁场强度、栅压、纵向电压、横向电压。
11、 一个磁场点对应的一批测量数据电流+磁场强度+ {栅压+纵向电 压+横向电压K
12、 整理为所需文件格式的测量数据文件说明+电流+{磁场强度+(栅 压+纵向电压+横向电压}}。
图6:计算机控制程序流程以下所提及的对仪器的操作(如发送命令、读取数据等)，都是通过各个 仪器的驱动程序实现的，最底层则是通过GPIB卡驱动和仪器实现通信。仪 器驱动程序的编写请参照所用仪器的说明书或直接使用仪器自带的驱动程序， GPIB卡驱动使用其自带驱动。
注释
1、 输入参数同图5中的控制信息A。
2、 检査仪器参数正确性，同时将磁场起始值、终止值，磁场扫描速率转 换成对应的励磁电流起始值、终止值，励磁速率；计算栅压点之间的栅压间隔值。3、 发送初始化命令，初始化电流源109、电压源lll、磁控装置106、锁 相放大器107和锁相放大器108，根据注释1中的参数设置各个仪器，使其处 于测试要求的工作状态。
4、 向电流源109发送命令，输出注释1中指定的稳恒电流。
5、 将设定值或测量值变换为所需单位，如果是电流源输出电流值，则将 其变换为反向截止电路输出电流均方根值；如果是励磁电流，则将其变换为相 应的磁场强度。变换后将数据存入暂存数组对应位置。
6、 暂存数组1为内存对象，暂时存储测量数据以加快程序运行速度，其 数据结构为电流+栅压+ (磁场强度+纵向电压+横向电压)。
7、 向电压源lll发送命令，输出指定的稳恒电压。
8、 向磁控装置106发送命令，选择扫描模式，设置励磁电流起始值、终 止值，励磁速率，再发送命令，开始扫描。
9、 读数、处理循环为并行的两个循环，它们构成生产者/消费者结构。读 数循环不断地采集数据(即生产者)，处理循环不断地处理数据(即消费者)， 循环之间通过队列来传递数据。队列是两个循环之间的数据缓冲，这样的结构 使得数据处理不会拖慢数据采集。
10、 数据队列l为内存对象，是动态队列。 一个单元进入队列时添加在队 尾，当从队首读取一个单元后，队列中删除此单元，下一个单元成为队首。一 个单元的数据结构为励磁电流+纵向电压+横向电压。
11、 可在读数循环中添加延时以调整读数速度。
12、 向磁控装置106、锁相放大器107、锁相放大器108分别发送读取励 磁电流、纵向电压、横向电压的命令，随后又分别接收这三个测量数据。
13、 将接收的励磁电流、纵向电压、横向电压，作为一个单元存入数据队列l。
14、 根据所使用的开发系统，选择合适的方式实时显示测量数据，最好能 用图表的形式。
15、 根据读取的磁场强度是否等于磁场终点值判断，如等于则循环终止同 时将停止符1改为停止，如不等则循环继续。
16、 根据需要的文件格式，将暂存数组1和注释1中的文件说明按照注释 1中的文件名和路径添加入数据文件1,之后清空暂存数组1中除电流外的数 据。
17、 数据文件1中包含多个栅压点下的测量数据，其数据结构为文件说 明+电流+ {栅压+ {磁场强度+纵向电压+横向电压}}。
18、 根据循环数是否等于栅压点数判断，如等于则循环终止，如不等则循 环继续，下一个栅压值在当前值的基础上增加一个间隔值。
19、 向电流源109、电压源lll、磁控装置106、锁相放大器107和锁相放 大器108发送命令，使其退出工作状态，待机。
20、 输入参数同图5中的控制信息P。
21、 检査仪器参数正确性，同时将磁场起始值、终止值转换成对应的励磁 电流起始值、终止值；计算磁场点之间的磁场间隔值；计算栅压点之间的栅压 间隔值。
22、 暂存数组2与暂存数组1类似，其数据结构为电流+磁场强度+ (栅 压+纵向电压+横向电压}。
23、 向磁控装置106发送命令，选择固定模式，设置为指定的励磁电流并
保持。
24、 数据队列2与数据队列1类似， 一个单元的数据结构为栅压+纵向
电压+横向电压。
25、 可在读数循环中添加延时以调整读数速度。
26、 向锁相放大器107、锁相放大器108分别发送读取纵向电压、横向电 压的命令，随后又分别接收这两个测量数据。
27、 将栅压设定值和接收的纵向电压、横向电压，作为一个单元存入数据 队列2。
28、 根据循环数是否等于栅压点数判断，如等于则循环终止同时将停止符 2改为停止，如不等则循环继续，下一个栅压值在当前值的基础上增加一个间 隔值。
29、 根据需要的文件格式，将暂存数组2和注释20中的文件说明按照注 释20中的文件名和路径添加入数据文件2，之后清空暂存数组2中除电流外的 数据。
30、 数据文件2中包含多个磁场点下的测量数据，其数据结构为文件说
明+电流+ {磁场强度+ {栅压+纵向电压+横向电压}}。
31、 根据循环数是否等于磁场点数判断，如等于则循环终止，如不等则循 环继续，下一个磁场强度值在当前值的基础上增加一个间隔值。
图7:栅压磁场扫描模式的用户界面。 图8:磁场栅压扫描模式的用户界面。
具体实施例方式
下面根据发明内容和
给出本发明的一个较好的实例，结合实例进
一步说明本发明技术细节、结构特征和功能特点。但此实例并不限制本发明范 围，合乎发明内容和
中描述的实例均应包含在本发明范围内。
测量系统包含以下组成部分
测试样品101按图1制备为霍尔板，生长栅极，各电极由引线与接线盒102
连接，接线盒102端口采用BNC接口。
低温杜瓦103和磁体105采用Oxford超导磁体低温测量系统。环形超导磁 体浸泡在液氦中，外有真空层和液氮层保护。超导磁体最高可以提供17T的磁 场强度，由磁控装置106控制。磁控装置106带有GPIB接口，由计算机113 可以直接设定磁场强度，或设定磁场起点、终点、扫描速率后扫描磁场，也可 以直接得到目前的磁场强度值，不需要再进行标定和转换。样品室在环形磁体 中央，温控装置104可控制主氦池向样品室灌入液氦。样品室与抽气泵相连， 内置一加热电阻丝，温度可在1.2 300K的范围内调节，4.2K以下靠样品室中 液氦减压得到，4.2K以上靠样品室中电阻丝加热得到，这些都可以由温控装置 104独立控制。
锁相放大器107和锁相放大器108均采用Stanford Research Systems的 SR830型锁相放大器。SR830可以测量交流电压(2nV lV)和电流信号(2fA lwA)，内部振荡器能够产生参考信号，也可以接收锁定外部的参考信号。 SR830还带有GPIB接口，可以通过计算机控制测量。
两台Keithley 2400 Source Meter, —台作为电流源109，一台作为电压源 111。 Ke池ley2400能够输出直流电压(0 20V，最小间隔5uV)、电流(0 1A，最小间隔50pA)，带有GPIB接口，计算机113可以控制其输出、测量操 作。反向截止电路110根据图2所示，购买相应的电子元器件和电路版，自行 焊接即可。元器件具体参数可以根据测量电流大小、参考信号振幅来确定。按 照发明内容中的方法，标定电流源输出值和反向截止电路输出电流均方根值的 对应关系，根据此关系，计算机控制程序可自动转换这两个值。
GPIB卡112为National Instruments的GPIB-USB-HS卡，其通过USB端口 与计算机113连接，为计算机113提供GPIB接口 。GPIB卡112自带驱动程序。
计算机113为普通PC，使用Labview8.2来编写控制程序，程序结构与流 程根据发明内容中的描述(图4、图5、图6)。这里需要指出的是，由于磁控 装置106可以直接输入输出磁场强度，所以程序不需要磁场强度和励磁电流的 转换。该程序界面友好，自动化程度高，运行速度快，能够很好的完成测量任 务。图7和图8分别是栅压磁场扫描模式和磁场栅压扫描模式的用户界面，包 括输入面板和数据显示两部分。
按照各个仪器操作规程准备好仪器后，按照图3连接好系统，具体方法在 发明内容中有详细说明，此处不再复述。
打开各个仪器，调整温控装置104，达到测量温度并保持。打开计算机控 制程序，输入相应的测量参数，点击开始按钮，程序自动控制仪器进行测量， 测量中实时用图表形式显示测量数据，测量完成后将实验数据保存为数据文 件。之后，重新调整温控装置104，输入相应测量参数，进行新的测量。测量 完成后，取出样品，关闭电源，归位各个仪器。
权利要求
1.一种使用锁相放大技术的自动化磁输运测量系统，它包括标准霍尔板样品(101)、接线盒(102)、低温杜瓦(103)及温控装置(104)、磁体(105)及磁控装置(106)、锁相发大器(107)、锁相放大器(108)、电流源(109)、反向截止电路(110)、电压源(111)、GPIB控制卡(112)、计算机(113)，其特征在于样品(101)放置在低温杜瓦(103)中，处于磁场区域内；温控装置(104)与低温杜瓦(103)连接；磁体(105)置于低温杜瓦(103)中或者低温杜瓦(103)外，磁控装置(106)与磁体(105)相连；样品(101)A～H电极通过引线与接线盒(102)各个端口相连；通过接线盒(102)端口，电压源(111)与样品(101)B-E电极或H-E电极连接，反向截止电路(110)输出端与A-E电极连接，锁相放大器(107)与C-D电极或F-G电极连接，锁相放大器(108)与C-G电极或F-D电极连接；锁相放大器(107)参考信号输出端与锁相放大器(108)的参考信号输入端相连，同时也与反向截止电路(110)参考信号输入端相连；电流源(109)与反向截止电路(110)直流电流输入端相连；磁控装置(106)、电压源(111)、电流源(109)、锁相放大器(107)和锁相放大器(108)都通过GPIB卡(112)与计算机(113)相连。
2、 根据权利要求1所述的一种使用锁相放大技术的自动化磁输运测量系 统，其特征在于所说的低温杜瓦(103)内有样品室，磁体放置处，制冷装置或 制冷液体，加热装置；配备温控装置(104)独立调整或保持样品室的温度。
3、 根据权利要求1所述的一种使用锁相放大技术的自动化磁输运测量系 统，其特征在于所说的磁体(105)为电磁铁，由磁控装置(106)控制，磁控装 置(106)带有GPIB接口。
4、 根据权利要求1所述的一种使用锁相放大技术的自动化磁输运测量系统，其特征在于所说的锁相放大器(107)和锁相放大器(108)能观懂电压，带 有内部振荡器和GPIB接口。
5、 根据权利要求1所述的一种使用锁相放大技术的自动化磁输运测量系 统，其特征在于所说的电流源(109)为直流源，带有GPIB接口。
6、 根据权利要求1所述的一种使用锁相放大技术的自动化磁输运测量系 统，其特征在于所说的反向截止电路(110)输入直流电流和交流电压信号，输 出与交流电压信号同频率且相位差恒定的交流电流。
7、 根据权利要求1所述的一种使用锁相放大技术的自动化磁输运测量系 统，其特征在于所说的电压源(lll)为直流电压源，带有GPIB接口。
8、 根据权利要求1所述的一种使用锁相放大技术的自动化磁输运测量系 统，其特征在于计算机(113)为测量的控制中枢，GPIB卡(112)为计算机(113) 提供GPIB总线，计算机(113)与各个仪器通过GPIB总线通信。
9、 一种使用锁相放大技术的自动化磁输运测量方法，其特征在于它具有如下计算机自动控制测量过程a、栅压磁场扫描模式打开程序，输入测量参数，检查参数正确性；初 始化仪器；控制电流源(109)输出电流，电流值存入内存； 一级循环开始；控制 电压源(lll)输出电压，电压值存入内存；控制磁控装置(106)扫描磁场，两个 并行的二级循环开始； 一个二级循环从磁控装置(106)，锁相放大器(107)和锁 相放大器(108)读取测量数据并存入队列，另一个二级循环从队列取出数据，实 时显示和存入内存；磁场扫描完成后，两个二级循环结束；将内存中保存的数 据写入数据文件，清空内存；如所有栅压点测量完成则一级循环停止，否则重 新开始一级循环；控制仪器进入待机状态；退出程序； b、磁场栅压扫描模式打开程序，输入测量参数，检査参数正确性；初 始化仪器；控制电流源(109)输出电流，电流值存入内存； 一级循环开始；控制 磁控装置(106)输出固定磁场，磁场强度存入内存；两个并行的二级循环开始； 一个二级循环控制电压源(lll)输出电压，从锁相放大器(107)和锁相放大器(108) 读取测量数据，电压值和测量数据存入队列，另一个二级循环从队列取出数据， 实时显示和存入内存；所有栅压点测量完成后，两个二级循环结束；将内存中 保存的数据写入数据文件，清空内存；如所有磁场点测量完成则一级循环停止， 否则重新开始一级循环；控制仪器进入待机状态；退出程序。
全文摘要
本发明设计了一种使用锁相放大技术的自动化磁输运测量系统，可用于精确测量低温强磁场下材料的电学输运相关的性质，如测量磁阻震荡、霍尔效应等。系统主要包括标准霍尔板样品、低温杜瓦及温控装置、磁体及磁控装置、两台锁相放大器、电流源、反向截止电路、电压源、GPIB控制卡、计算机。测量材料制备成标准霍尔板样品，计算机通过GPIB总线与各个仪器相连，使用程序控制各个仪器进行自动测量，实时显示测量结果，并保存测量结果为数据文件。本系统的主要优点有1.相对与直流磁输运测量，能够用微小测量电流进行的磁输运测量，减小大电流带来的不利影响，提高了测量精度；2.能够自动改变栅压和磁场，一次测量就给出栅压-磁场相图。
文档编号G01R33/12GK101369010SQ20081020021
公开日2009年2月18日 申请日期2008年9月22日 优先权日2008年9月22日
发明者俞国林, 周文政, 周远明, 商丽燕, 雷 孙, 铁 林, 褚君浩, 高矿红 申请人:中国科学院上海技术物理研究所