HCS 1/ 10/ 100 – Sistema de medición de efecto Hall
Caracterización de dispositivos semiconductores
Descripción
Al punto
El Sistema HCS permite la caracterización de dispositivos semiconductores en cuanto a sus propiedades de transporte eléctrico, en particular Hall-movilidad, Concentración de portadores de carga, Resistividad electrica y Coeficiente de Seebeck. Las configuraciones de sobremesa integradas ofrecen una gama de productos complementarios, desde una etapa básica de caracterización Hall de funcionamiento manual hasta una etapa automatizada de alta temperatura, pasando por la innovadora configuración Halbach para la caracterización de las muestras más difíciles.
Los sistemas pueden equiparse con distintos portamuestras para diversas geometrías y requisitos de temperatura. Existe una versión opcional para baja temperatura (LN2), así como una versión para alta temperatura de hasta 800 °C, para garantizar la cobertura de todos los campos de aplicación. Dependiendo de la configuración del sistema, un imán permanente, un electroimán refrigerado por agua o un imán Halbach proporcionan una intensidad de campo magnético de hasta 1 Tesla. El completo software basado en Windows ofrece una interfaz gráfica de usuario fácil de usar para controlar los parámetros del sistema, definir los procedimientos de medición y los perfiles de temperatura, así como para evaluar, presentar y almacenar los datos.
Características de la medición:
- Concentración de portadores de carga (Hoja [1/cm²]/Bulto [1/cm³])
- Constante Hall [cm³/C]
- Movilidad Hall [cm²/Vs]
- Resistencia de la lámina [Ω]
- Resistividad [Ωcm]
- Conductividad [S/cm]
- Alpha (relación horizontal/vertical de la resistencia)
- Megneto resistencia
- Coeficiente Seebeck [μV/K]
Características del sistema:
- Cámara de medición estanca al gas que permite realizar mediciones en atmósferas definidas o en condiciones de vacío
- Imanes de 120 mm de diámetro para una mayor homogeneidad del campo y la máxima precisión, así como los mayores tamaños de muestra medibles
- Diseño de sistema modular y ampliable
- Versión de alta temperatura de hasta 600°C / 873 K
- Opción de iluminación con fuente de luz LED (longitud de onda múltiple)
- Ampliación del amplificador Lock-in para mediciones con el mínimo ruido
- Conector para el uso de electrónica externa
- Paquete de software integrado para un manejo sencillo
- Opción de coeficiente Seebeck para aplicar gradientes de temperatura a bordo de hasta 20 K
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Sistema de medición
Opción de imán permanente (HCS 1)
La etapa HCS 1 está equipada con dos circuitos magnéticos (Neodimio), montados sobre un trineo móvil, que opcionalmente puede automatizarse. El sistema puede equiparse con una extensión de baja temperatura, así como de alta temperatura.
Opción electroimán (HCS 10)
Opcionalmente al imán permanente, hay disponible un kit de electroimán. El electroimán refrigerado por agua funciona en combinación con una fuente de alimentación programable y un interruptor de inversión de corriente. La fuente de alimentación puede aplicar corrientes de hasta 75 A, lo que da como resultado una intensidad de campo magnético variable de hasta +/-1 T.
Opción Halbach (HCS 100)
El HCS 100 utiliza un imán en configuración Halbach (imán permanente en configuración de donut) para aplicar un campo magnético de CC o CA a la muestra. En combinación con una corriente alterna, proporcionada por un amplificador Lock-in, esta configuración es una potente herramienta para la investigación de muestras difíciles, ya que en la mayoría de los casos se pueden suprimir las desviaciones y el ruido.
Especificaciones
| Model | HCS 1 |
|---|---|
| Temperature range: | From LN2 up to 600°C in different versions -160°C (controlled cooling) -196°C (quench cooling) |
| Magnet: | two permanent magnets with +/- 0.7T** Pole diameter 120 mm for highest uniformity (+/- 1% over 50mm) |
| Input current: | DC 1nA up to 125mA (8 decades / Compliance +/- 12V) |
| Voltage measurement: | DC low noise / low drift 1μV up to 2500mV, 4 decades amplification, Digital resolution: 300pV |
| Sensors/ Sample geometry: | – from 5 x 5 mm to 12.5 x 12.5 mm, Maximum sample height 3 mm – from 17.5 x 17.5 mm up to 25 x25 mm, Maximum sample height 5 mm – from 42.5 x 42.5 mm up to 50 x 50 mm, Maximum sample height 5 mm – High Temperature board, 10x10mm, max. sample height 2mm |
| Resistivity Range: | 10-4 up to 107(Ωcm)* |
| Carrier concentration: | 107 up to 1021cm−3* |
| Mobility range: | 0.1 up to 107(cm2/Volt sec)* |
| Atmospheres: | Vaccum, inert, oxidizing, reducing |
| Temperature precision: | 0.05°C |
| Model | HCS 10 |
|---|---|
| Temperature range: | From LN2 up to 600°C in different versions -160°C (controlled cooling) -196°C (quench cooling) |
| Magnet: | Electromagnet up to +/-1 T variable DC field, Pole diameter 76 mm, Power supply 75A / 40V. Current reversal swith for bipolar measurement. Alternative AC-Option für ein magnetisches Wechselfeld mit ~1 T nutzbarem Feld, bei einer Frequenz bis zu 0.1 Hz. |
| Input current: | DC 1nA up to 125mA (8 decades / Compliance +/- 12V) AC 16 μA up to 20 mA and input impedance: >100 GigaOhm from 1 mHz to 100 kHz |
| Voltage measurement: | DC low noise / low drift 1μV up to 2500mV, 4 decades amplification, Digital resolution: 300pV AC 20 nV up to 1V, Variable integration times and amplfication |
| Sensors/ Sample geometry: | – from 5 x 5 mm to 12.5 x 12.5 mm, Maximum sample height 3 mm – from 17.5 x 17.5 mm up to 25 x25 mm, Maximum sample height 5 mm – from 42.5 x 42.5 mm up to 50 x 50 mm, Maximum sample height 5 mm – High Temperature board, 10x10mm, max. sample height 2mm |
| Resistivity Range: | 10-4 up to 107(Ωcm) |
| Carrier concentration: | 107 up to 1021cm−3 |
| Mobility range: | 10-2 up to 107(cm2/Volt sec) |
| Atmospheres: | Vaccum, inert, oxidizing, reducing |
| Temperature precision: | 0.05°C |
| Model | HCS 100 |
|---|---|
| Temperature range: | RT up to 500°C |
| Magnet: | Magnet up to 0.5 T (AC or DC field) Multisegment Halbach configuration, Inner diameter: 40mm, Height: 98mm |
| Current output: | DC 1nA up to 125mA (8 decades / Compliance +/- 12V) AC 16 μA up to 20 mA and output impedance: >100 GigaOhm from 1 mHz to 100 kHz |
| Voltage measurement: | DC low noise / low drift 1μV up to 2500mV, 4 decades amplification, Digital resolution: 300pV AC 20 nV up to 1V, Features: GΩ range input impedance, variable integration times and amplification |
| Sensors/ Sample geometry: | up to 10 x 10mm, Maximum sample height 2.5 mm |
| Resistivity Range: | 10-5 up to 107(Ωcm) |
| Carrier concentration: | 107 up to 1022cm−3 |
| Mobility range: | 1 ~ 107cm2V-1s-1 |
| Atmospheres: | Vaccum, inert, oxidizing, reducing |
| Temperature precision: | 0.05°C |
HCS 100: imán halbach (configuración donut)
HCS 1: Sensores intercambiables con una EPROM incorporada para facilitar su uso plug and play.
Seebeck-Opción
| Model | HCS 1 | HCS 10 |
|---|---|---|
| Sample Geometry: | length 6 mm to 15 mm, width 1 mm to 10 mm, height thin film to 2 mm |
length 6 mm to 15 mm, width 1 mm to 10 mm, height thin film to 2 mm |
| Seebeck Coefficient: | from 1 μV/K up to 2500 μV/K | from 1 μV/K up to 2500 μV/K |
| Measurement: | Slope technique with 10 Readings/Sec | Slope technique with 10 Readings/Sec |
| Gradient heater: | from 0.1 K up to 20 K | from 0.1 K up to 20 K |
| Thermocouples: | Type K | Type K |
Sensor Seebeck HCS
Accesorios
Amplíe sus capacidades
- Existen diferentes portamuestras para realizar mediciones desde LN2 hasta 800°C.
- El asa del portamuestras cierra herméticamente al vacío la cámara de medición.
- La cámara de medición está provista de una entrada y una salida de gas, por lo que las mediciones pueden realizarse en atmósferas controladas y cambiantes.
Software
Todos los dispositivos LINSEIS están controlados por PC, donde los módulos de software individuales funcionan exclusivamente con sistemas operativos Microsoft® Windows®. El software integrado permite un fácil manejo, control de temperatura, adquisición de datos y evaluación de datos.
Características generales
- Rutina NIST para encontrar los ajustes de medición óptimos y obtener resultados de máxima precisión
- Prueba de conexión ampliada
- Posible integración de electrónica externa
- Almacenamiento opcional de bases de datos
- Integración opcional del amplificador Lock-in
- Reconocimiento automático de sensores (EEPROM)
- Evaluación automática
- Regulación totalmente automática de la refrigeración
- HCS 10: acceso en línea a los datos de ajuste
Aplicaciones
Capa fina de antimonio (150 nm Sb)
El antimonio (Sb) es un semimetal muy utilizado en el campo de la termoelectricidad (en forma de aleaciones, por ejemplo Bi1-xSbx) y como aplicación emergente en el campo de la microelectrónica. No obstante, las mayores aplicaciones del antimonio metálico son las placas de plomo-antimonio de las baterías de plomo-ácido. La figura muestra una caracterización completa de una película fina sobre sustrato SiO2/Si, preparada por deposición sputter, con el Linseis HCS 1 (opción RT a 200°C).
Película fina de bismuto-antimonio (150 nm Bi87Sb13)
Las aleaciones de bismuto y antimonio (Bi1-xSbx) son aleaciones binarias de bismuto y antimonio en distintas proporciones. Algunas, en particular Bi0,9Sb0,1, fueron los primeros aislantes topológicos tridimensionales observados experimentalmente, materiales que presentan estados superficiales conductores pero tienen un interior aislante. Varias aleaciones de BiSb se utilizan también en dispositivos termoeléctricos de baja temperatura. La medida presentada se ha realizado en una película delgada de Bi87Sb13 evaporada térmicamente.
ITO (óxido de indio y estaño) hasta 600°C utilizando HCS 10
El óxido de indio y estaño (ITO) es una composición ternaria de indio, estaño y oxígeno en proporciones variables. Según el contenido de oxígeno, puede describirse como cerámica o aleación. Es transparente e incoloro en capas finas y es uno de los óxidos conductores transparentes más utilizados por sus dos propiedades principales: su conductividad eléctrica y su transparencia óptica. Como ocurre con todas las películas conductoras transparentes, hay que llegar a un compromiso entre conductividad y transparencia, ya que al aumentar el grosor y aumentar la concentración de portadores de carga aumenta la conductividad del material, pero disminuye su transparencia.
ITO (óxido de indio y estaño) hasta 200°C utilizando HCS 1
Los dos diagramas muestran una caracterización completa de dos películas finas de ITO diferentes (ambas de 185 nm de espesor),
preparadas mediante deposición por pulverización catódica con el HCS 1 de Linseis (opción de RT a 200°C), así como con el HCS 10 (opción de alta temperatura hasta +600°C).
Medición de la muestra de referencia Constantan
Medición del coeficiente Seebeck en una muestra de referencia de Conctantan desde -140°C hasta +180°C. El coeficiente Seebeck se mide utilizando la técnica de la pendiente (véase el recuadro) para cada punto de medición de la temperatura. El resultado puede representarse como coeficiente Seebeck relativo frente a Pt o como coeficiente Seebeck absoluto.
Aplicaciones externas
- Efecto del dopante alcalinotérreo sobre la densidad y las propiedades mecánicas y eléctricas del óxido delafosita Cu0.97AE0.03CrO2 (AE = Mg, Ca, Sr y Ba) (publicado en 2018 Journal of the Australian Ceramic Society)
