Closed Cycle Cryostat

Mit dem zweistufigen Pulsrohrkühler (Closed Cycle Cryostat) kann man temperaturabhängige Hall-Messungen und temperaturabhängige C-V-Spektroskopie betreiben. Ferner lässt sich zu jedem Zeitpunkt ein Magnetfeld zwischen -1,5T bis 1,5T einschalten oder ein wählbares Magnetfeldintervall durchfahren. Das Pulsrohr kann Temperaturen zwischen 340K und 4,2K anfahren.

Was erhalte ich durch die Anwendung des Hall-Effekt-Aufbaus?

Genauso wie bei der Messung des Hall-Effektes können folgende Halbleitermerkmale ermittelt werden:

• Flächenladungsträgerdichte n ($\text{cm}^{-2}$ )
• Mobilität µ ($\text{cm}^2V^{-1}s^{-1}$)
• Schichtwiderstand R$_\text{S}$ ($\Omega$)
• Hallspannung U$_\text{H}$ (V)
• Mittlere freie Weglänge $\lambda$ (µm)

Der Unterschied zum Hall-Effekt-Aufbau ist die Einstellmöglichkeit der Temperatur sowie des Magnetfeldes über ein großes Intervall.

Hardwareanwendung

• Wie wird die Probe eingesetzt?
• Wie kontaktiere ich meine Probe?
• Möchte ich zu der Messung ein Magnetfeld dazuschalten?
• Wie fahre ich die Temperatur kontrolliert herunter?

Wie wird die Probe eingesetzt?

Zunächst muss man überprüfen, ob die Probenkammer unter Vakuum steht und ob die Temperatur im Pulsrohr nahe Raumtemperatur ist. Ist die Temperatur weitaus geringer als Raumtemperatur, so darf die Probenkammer nicht belüftet werden. Ist die Temperatur nahe Raumtemperatur, so kann die Probenkammer belüftet werden (hierzu schaltet man die Pumpe einfach aus und öffnet ein Ventil (siehe Bild rechts)). In der Zeit (während die Probenkammer belüftet) kann man sicherstellen, dass auch kein Magnetfeld anliegt und es ggf. abschalten. Ist die Probenkammer belüftet, so kann das Pulsrohr an dem dafür vorgesehenen Griff hervorgezogen werden. Nun kann die Schelle gelockert und schließlich entfernt werden. Danach kann die "untere äußere Hülle" vorsichtig entfernt werden. Die "innere Hülle" muss abgeschraubt werden. Hierzu ziehe man sich bitte vorher Handschuhe an, die in dem Labor vorhanden sind. Ist die "innere Hülle" abgeschraubt, kann der Kaltfinger vorsichtig freigelegt werden. Man erkennt nun, wo die Probe platziert werden soll. Mit einem kleinen Punkt auf dem Kaltfinger hat man definiert, wo Pin 1 der Probe ist (siehe hierzu Hall-Effekt-Aufbau unter Hardwareanwendung für die Orientierung und Nummerierung der Pins der Probe). Mit angezogenen Handschuhen kann man die Probe nun in die Finger nehmen und sie in den Kaltfinger montieren (bitte eine leichte Gegenkraft von der Hinterseite des Kaltfingers bei der Montage der Probe ausüben). Nach Montage der Probe kann die "innere Hülle" und die "äußere Hülle" wieder angebracht werden.

Wie kontaktiere ich meine Probe?

Am Kryostaten sind BNC-Buchsen angebracht über die man die einzelnen Pins ansteuern kann. Die dazu nötigen Kabel liegen direkt neben dem Kryostaten und sind durchnummeriert. Für die Notwendigkeit der Nummerierung lesen Sie bitte den Abschnitt Hardwareanwendung auf der Seite Hall-Effekt-Aufbau. Die BNC-Kabel sind ferner an einer Schaltmatrix (die wiederum an ein Digitalmultimeter angschlossen ist) angeschlossen, die automatisch über ein LabView-Programm die nötigen Schaltvorgänge ausübt.

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Man muss sich zunächst die Frage stellen, ob man für die folgenden Messungen ein Magnetfeld braucht. Da das Magnetfeld über ein großes Spulenpaar erzeugt wird und die Magnetfelder bis zu 1,5T hochgefahren werden können, bedarf es einer Kühlung des Spulenpaares, da unter Volllast ein Strom von 20A durch das Spulenpaar fließt. Um also eine Kühlung des Spulenpaares zu gewährleisten, müssen die Wasserkühlungsventile geöffnet werden (s. rechtes Bild).

Danach muss die Stromquelle eingschaltet werden. Hierzu stellt man den Schalter an der Stromquelle auf Local und drückt den Standby-Knopf. Danach drückt man den Power-On-Knopf (nicht erschrecken, es gibt ein lautes Geräusch). Danach kann der Schalter auf Remote umgeschaltet werden, weil alle anderen Steuerungen über den Computer gemacht werden. /////