Steuerbare Gleichrichtung in Halbleiter-Nanostrukturen - Universität ...

4. Messmethoden
Um dies zu realisieren wird ein mit flüssigem Helium ( 4 He) gekühlter ST-STEEL-Kryostat
der Firma Cryogenic LTD verwendet. Der Helium-Tank bildet den Kern dieser Anlage. Als
zusätzliches thermisches Isolationsschild ist ein Tank mit flüssigem Stickstoff vorhanden.
Ein Isolationsvakuum schirmt diese beiden Tanks zur Raumtemperatur hin ab. Zusätzlich
sorgen Strahlungsschilde für einen geringen Kälteverlust. Der Probenstab mitsamt einge-
bauter Probe wird in den Helium-Tank des Kryostaten eingeführt. Nach Einstellen des
thermischen Gleichgewichts befindet sich die Probe bei einer Temperatur von 4,2 Kelvin,
dem Siedepunkt von Helium. Zudem befindet sich im Kryostat eine supraleitenden Spule,
die über eine externe Spannungsquelle angesteuert und Magnetfelder bis zu 12 Tesla erzeu-
gen kann. Eine schematische Darstellung des Kryostaten findet sich in Abbildung 4.1. Der
Probenstab besteht aus einem ca. 1,5 m langen Rohr, in dessen unterem Ende die Probe
eingebaut ist. Sie ist durch elektrische Leitungen mit dem oberen Ende verbunden, die nach
außen mit BNC-Anschlüssen versehen sind. Für den Abkühlvorgang wird der Probenstab
zunächst mit einer Drehschieberpumpe abgepumpt und anschließend mit Kontaktgas (He-
lium) gefüllt.
4.2. Messaufbau
Die Proben werden im Probenstab unter permanenter Kühlung auf 4,2 K in unterschied-
lichen Messaufbauten vermessen. Die Messungen werden durch GBIP-Schnittstellen mit
dem PC unter zu Hilfenahme des Mess-Programms LabView durchgeführt. Alle Verkabe-
lungen werden mit BNC-Kabeln vorgenommen. Die Maximal-Source-Drain-Ströme durch
den Kanal sind auf ISD = ±40 µA begrenzt, die dazugehörenden Maximal-Source-Drain-
Spannungen liegen in Abhängigkeit der Probe zwischen VSD = ±1 V bis VSD = ±5,5 V.
Im Folgenden werden die beiden genutzten Aufbauten vorgestellt.
4.2.1. ISD (VSD, VG)-Kennlinien
Der Messaufbau der Diodenstrukturen mit Seiten-Gates wird aus Abbildung 4.2 ersicht-
lich. Der Source-Kontakt wird durch die Source-Measure-Unit (SMU) des Typs Keithley
2400 mit der Source-Drain-Spannung VSD versorgt und dabei der Source-Drain-Strom
ISD ausgelesen. Der Drain-Kontakt wird über einen Kurzschluss mit dem Außenleiter ge-
erdet; der Kryostat ist ebenfalls geerdet. Zusätzlich sind die beiden Seiten-Gates an die
steuerbare DC-Spannungsquelle Yokogawa 7651 angeschlossen, so dass sich die Seiten-
Gate-Spannunngen VG variieren lassen. Die Geräte sind über einer GBIP-Schnittstelle mit
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