Методические указания к лабораторным работам Троицк 2009 (стр. 2 из 4)

Измерительная электроника обеспечивает необходимое усиление измеряемого сигнала и формирование тестовых токов и задания магнитного поля. В блоке контроля осуществляется цифровое преобразование измеряемого аналогового сигнала. В этом же блоке располагаются все необходимые источники постоянного напряжения (±5 В, ±12 В) и цепи для подключения внешних устройств (тестового генератора, осциллографа, спектроанализатора и т.д.). Комплекс программного обеспечения позволяет проводить измерения различных температурных зависимостей, вольт-амперных, вольт-полевых и шумовых характеристик.

Подготовка измерительной системы к работе

1. 
   
   Подсоединить кабели измерительной системы в соответствии с Рис.3.

Рис.3.

1. Убедиться, что на блоке измерительном отжата красная кнопка расположенная в правом верхнем углу передней панели (транспортный ток по образцу не протекает).
2. При установке программы на ПК, в случае выдачи программой информации «о неверном знаке разделения» войти на панель управления /Языки и стандарты/числа/разделитель целой и дробной части. Поставить вместо запятой точку.

Охлаждение штанги и включение измерительной системы

1. Установить исследуемый образец в криогенную штангу, для этого:

1.1. снять вакуумный зажим и удалить внешний кожух штанги.

1.2. закрепить внутреннюю несущую штанги на подставке для штанги.

1.3. установить держатель с ВТСП образцом в посадочное место криогенной вставки.

1.4. надеть внешний кожух криогенной штанги на несущую штанги, соединить кожух со штангой с помощью вакуумного зажима, штанга готова к измерениям.

1. Залить жидкий азот в криостат с помощью специальной пластиковой емкости, приблизительно на 2/3 объема (~1 литр).
2. Установить криостат в рабочее положение под подъемным механизмом.
3. Поднять штатив подъемного механизма максимально вверх и зафиксировать его в этом положении стопорным винтом. Вставить штангу в подъемный механизм, установить и зафиксировать ее с помощью зажимного винта. Подсоединить разъем штанги к разъему предусилителя.
4. Охладить штангу в криостате с жидким азотом для чего, вращая ручку подъемного механизма, медленно, с перерывом в движениях, опустить штангу в криостат с жидким азотом до касания штанги дна криостата. Время полного охлаждения криогенной штанги 10-15 минут.
5. Включить персональный компьютер.
6. Включить питание измерительного блока ВАХметра.

!!! ВНИМАНИЕ!! Кнопка на передней панели измерительного блока в момент включения должна быть отжата!!!

(транспортный ток по образцу не протекает).

1. Запустить специализированную программу VAChMetr.exe. Нажать OK в появившемся сообщении о нахождении файла VAChMetr.txt. После включения появится основное окно программы. Дождаться, когда в правом верхнем углу загорится зеленое окно.
2. Убедиться, что ползунок нагревателя находится в среднем положении и соответствует нулевому напряжению на нагревателе.
3. Нажать на передней панели блока измерительного кнопку подключения тока смещения к исследуемому образцу (загорается красный светодиод), при этом осуществляется подключение схемы тока смещения к ВТСП образцу.
4. По показаниям температуры убедиться, что система охлаждена до температуры ниже 80 К.
5. ВАХ-метр готов к проведению измерений.

Выключение измерительной системы и отогрев штанги.

1. После окончания цикла измерений убедиться, что ползунок нагревателя находится в среднем положении. Если на нагреватель подано напряжение, то сбросить его в ноль.

2. Отжать кнопку на передней панели измерительного блока. Убедиться, что красный светодиодный индикатор не светится.

3. Выйти из программы VAChMetr.exe.

4. Выключить питание блока измерительного на его задней панели.

5. Поднять штатив подъемного механизма максимально вверх и зафиксировать его в этом положении стопорным винтом. Отключить кабель штанги от предварительного усилителя (отключение произвести на разъеме предусилителя. Вытащить штангу из подъемного механизма и расположить ее в горизонтальном положении на подставке для штанги.

6. Произвести отогрев охлаждаемой части штанги с помощью фена сначала горячим, а затем холодным воздухом в течении 7 – 10 минут.

7. Убедиться касанием руки нижней части штанги, что штанга имеет комнатную температуру.

8. Взять штангу в левую руку за верхнюю часть и ослабив вакуумный разъем разгерметизировать штангу. В процессе разгерметизации может быть слышен небольшой хлопок из-за выравнивания внутреннего давления штанги с атмосферным давлением.

9. Вытащить несущую штанги из кожуха, положить и закрепить несущую на подставке для штанги таким образом, чтобы обеспечить удобный доступ к криогенной вставке при смене образца.

Лабораторная работа № 1.

Измерение Вольт-Амперных характеристик ВТСП мостика.

При данных измерениях в качестве исследуемого образца используется тонкопленочный ВТСП мостик. Для измерения напряжения на переходе используется четырехзондовый метод.

1. Подготовить блок измерительный к работе согласно пп.1- 12.

2. Выбрать в верхней строке меню опцию MODE, в ней выбрать режим DC V-I (T-const). При этом в правом нижнем углу появятся ползунки управления параметров измерительной системы.

3. Выбрать в основном меню команд опцию SETTING, выбрать режим LIMITS. Появится управляющее окно SET LIMITS, Рис.4.

Рис.4.

4. Установить следующие параметры:

В области temperature:

оставить параметры без изменений

В области Currents:

number 2

Start current 0

End current 100 mkA

Step current 5 mkA

AC current 0

Горячие кнопки Stab Temp - активизировать горячую кнопку Non.

После этого нажать OK. Окно SET LIMITS закроется.

5. Для измерения Вольт-амперной характеристики при текущей температуре нужно нажать кнопку RUN в правом нижнем углу окна программы, после чего начнется измерение зависимости постоянного выходного напряжения на переходе от протекающего тока. По окончании измерений ток задаваемый в переход сбросится до нуля.

6. После окончания измерения в основном окне программы будет отображаться Вольт-Амперная характеристика исследуемого образца. Для сохранения данных необходимо войти в опцию FILES/save/ основного меню, и сохранить данные на жесткий диск компьютера в формате **.txt.

7. Ось Х прокалибрована в единицах напряжения, Вольт, на переходе, Ось У прокалибрована в единицах тока, микроАмпер.

8. Провести измерение Вольт-Амперной характеристики при другом значении температуры, в ручном режиме установки температуры. Для контроля температуры необходимо выбрать в верхней строке меню опцию VIEW, в ней выбрать режим Temperature. При этом на экране появится дополнительное окно в котором можно видеть сигнал изменения температуры от времени.

9. Для установления температуры в ручном режиме необходимо в основном окне программы с помощью ползунка нагревателя HEATER (Volts) увеличить напряжение на нагревателе (например, установить значение 1.8 В). (Напряжение на нагревателе может изменяться от 0 до 4 В). Подождать 5-10 минут, по показаниям термометра проконтролировать увеличение температуры образца и стабилизацию температуры. Последовательным увеличением напряжения нагревателя добиться увеличения температуры до значения ~ 95 –97 К. Дождаться стабилизации температуры. Нажать кнопку RUN в правом нижнем углу окна программы, после чего начнется измерение зависимости постоянного выходного напряжения на переходе от минимального значения тока до максимального значения тока (эта величина тока была установлена ранее, см. п.4). По окончании измерений ток задаваемый в переход снова сбросится до нуля. Сохранить измеренные данные.

10. Для установления нового значения температуры в автоматическом режиме необходимо выбрать в основном меню команд опцию SETTING, выбрать режим LIMITS. Установить в окне Stab Temp температуру = 100 К, после чего в области горячих кнопок Stab Temp - активизировать горячую кнопку TEMP и нажать ОК. Программа начнет автоматически устанавливать заданную температуру и удерживать ее в процессе работы. После достижения заданной температуры провести измерение Вольт-Амперной характеристики. Сохранить полученные данные.

11. После проведения измерений необходимо снять режим стабилизации температуры, для чего снова войти в опцию SETTING, выбрать режим LIMITS и в области горячих кнопок Stab Temp - активизировать горячую кнопку NON.

12. Построить на одном графике все три (или более) Вольт-Амперные характеристики, полученные при разных температурах. Оценить значения сопротивлений ВТСП мостика при разных температурах.

Лабораторная работа № 2.

Измерение температурной зависимости сопротивления ВТСП перехода.

При данных измерениях в качестве исследуемого образца используется тонкопленочный ВТСП мостик. Для измерения напряжения на переходе используется четырехзондовый метод.

1. Нажать красную кнопку на измерительном блоке.

2. Выбрать в верхней строке меню опцию MODE, в ней выбрать режим AC (R-T) (M-T). При этом в правом нижнем углу появятся ползунки управления параметров измерительной системы.

3. Установить ползунок ACcurrent (microAmper) в положение при котором в окошке текущего значения установится величина = 10 мкА (или набрать в окне данное значение). При этом через ВТСП переход будет протекать ток переменной частоты 1 кГц и указанной амплитуды.