Pomiary magnetorezystancji i efektu Halla cienkich warstw wymagają zastosowania następującej aparatury:
- elektromagnesu (dla twardych magnetycznie warstw) lub powietrznych cewek Helmholtza (dla miękkich),
- sterowanego zasilacza dużej mocy (tzw. Programowalne Źródło Prądowe PZP) wraz z układem zmiany polaryzacji napięcia zasilającego cewki wytwarzające pole magnetyczne,
- stabilnego źródła prądu przepływającego przez próbkę (dla metalicznych cienkich warstw o rezystancji od 100 W do 2 kW, stosowane są wartości prądu 10 lub 1 mA),
- woltomierza do pomiaru spadku napięcia (UR) na próbce, o dokładności lepszej niż 10 mV,
- układu mierzącego indukcję pola magnetycznego z dużą rozdzielczością i w szerokim zakresie pól, o dokładności co najmniej 0.1 mT i czułości lepszej niż 0.01 mT.
Schemat blokowy zestawu, umożliwiającego automatyczny pomiar charakterystyki galwanomagnetycznej:
(kliknij na urządzenie w celu uzyskania opisu)
Uchwyt próbek
W celu szybkiej wymiany próbek skonstruowano uchwyt próbek wyposażony w cztero-punktową sondę.
Uchwyt składa się z ramienia, na którym umieszczona jest próbka, oraz kostki z czterema sprężynującymi punktowymi kontaktami,
ułożonymi w linii prostej:
Zewnętrzne kontakty połączone są ze źródłem prądowym, wewnętrzne z woltomierzem cyfrowym.
Pomiar ograniczony jest tylko do pomiarów efektu magnetorezystancji w płaszczyźnie próbki, w dwóch przypadkach: gdy prąd jest prostopadły do pola oraz gdy jest równoległy.
W celu pomiaru zależności kątowych magnetorezystancji lub pomiarów napięcia Halla można użyć innego typu
uchwytu, z kontaktami wykonanymi w postaci cienkich sprężystych drucików, doklejanych do próbki przy pomocy kleju przewodzącego.
Uchwyt posiada trzy osie obrotu, realizowane przez trzy pary wzajemnie prostopadłych nacięć na bokach, pasujących do widełek obracanych przez pokrętło z noniuszową skalą kątową:
Cienka warstwa na podłożu dielektrycznym powinna posiadać dobrze zdefiniowany kształt (poprzez proces fotolitograficzny lub nacięcie laserem).
Woltomierz
Stosowany jest multimetr HP 34401A lub Keithley 195A
Źródło prądowe
Prąd 10mA lub 1mA, maksymalne napięcie wyjściowe 12V.
Zasilacz cewek
W zależności od typu cewek (np. ich rezystancji) stosowane są zasilacze o różnym napięciu i prądzie wyjściowym,
np. Glassman 80V/37A.
Zmiana kierunku pola
Ponieważ zasilacze dużej mocy są na ogół unipolarne, konieczne jest stosowanie komutatora zbudowanego z dwóch styczników,
odwracającego biegunowość zasilania cewek.
Teslomierz
Indukcja pola magnetycznego mierzona jest teslomierzem typu HTM11n.
Komputer
Komputer, wyposażony w kartę HPIB, kontroluje przebieg całego procesu pomiarowego.
Procedura pomiarowa, kontrolowana przez stworzony w tym celu program,
polega na ustawianiu zadanych wartości prądu płynącego przez cewki.
Po odczekaniu na ustabilizowanie wartości pola (szczególnie istotne w przypadku elektromagnesu ze względu na prądy wirowe w rdzeniu)
program wykonuje serię pomiarów wartości pola i napięcia na próbce.
Po odrzuceniu skrajnych wartości z serii próbkowań liczona jest średnia, i program ustawia następną wartość prądu, wynikającą z przyjętego rozmiaru kroku.
Istnieje możliwość zdefiniowania w programie wielu podzakresów zmiany prądu cewek, z różnymi wielkościami kroku (czyli z różnym stopniem zagęszczenia punktów pomiarowych).
