CN112310276A - 一种低场量子电阻芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种低场量子电阻芯片，其由两量子霍尔电阻单体串联而成。各量子霍尔电阻单体包括输入电流电极、输出电流电极、第一～第四电压电极；两个量子霍尔电阻单体中的第一量子霍尔电阻单体的输出电流电极连接于两个量子霍尔电阻单体中的第二量子霍尔电阻单体的输入电流电极；第一量子霍尔电阻单体的第一、第二电压电极分别连接于第二量子霍尔电阻单体的第四、第三电压电极；第一量子霍尔电阻单体的输入电流电极与输入电流源连接；第二量子霍尔电阻单体的输出电流电极输出工作电流。根据本发明，解决了已有量子霍尔电阻难以在低磁场工作区间准确计量电阻的问题，以低成本实现在低磁场区间工作且不降低电阻计量准确度的低场量子电阻芯片。
Description
技术领域
本发明涉及一种低场量子电阻芯片。
背景技术
量子霍尔电阻样品(一般为半导体材料芯片形态)在一定的磁场和极低温环境中可表现出量子化霍尔电阻效应，如图1所示。如果该器件的材料、制作工艺和降温等环境过程满足规定的技术指标，则该器件在某几处磁场区间可处于完全量子化状态，这个区间被称为量子平台。
以目前常规的实现该量子效应的砷化镓超晶格异质结类型材料为例，一般有效磁场工作区间为0～12T(T：特斯拉)。根据图1所示的材料，从图1的Rxy曲线能够明显地看到：在i＝2的量子平台(也称为“2号量子平台”)，其有效磁场工作区间为8T～10.5T，i＝3的量子平台(也称为“3号量子平台”)，其有效磁场区间为5.7T～6.4T，i＝4的量子平台(也称为“4号量子平台”)，其有效磁场区间为4.3T～5T。此外，还有一个i＝1的量子平台(也称为“1号量子平台”)，其有效磁场区间约为16T～20T(图1中未示出)。在这些磁场区间中，器件的霍尔电压除以电流基本是恒定值，不随磁场或温度等外界条件改变而改变，因此可以作为量子电阻使用。
更准确的研究，从基础物理理论上分析知道，填充因子i为奇数时，存在多余的电子自旋分裂能级，量子化状态不完全，能级微弱的分裂会造成该量子平台准确度不准。只有填充因子为偶数时(i＝2,4,6等)，量子平台才能够处于完全量子化状态。
从计量实践上分析，i＝2的量子平台(2号量子平台)的宽度较宽，量子基准阻值较高，信噪比相对较高，因此业界一般优先选用i＝2的量子平台(2号量子平台)作为计量基准阻值(RH＝12906.4035Ω)使用。配合应用的通用计量仪器测量范围和准确度均以该阻值为核心进行设计。
另外，关于磁场，业界内通常将大于6T的磁场称为高场，将小于6T的磁场称为低场。高场实现条件较高，具有一定的安全风险。低场较容易实现，安全风险大幅降低。因此，若能够实现低场量子电阻芯片，则有利于该产品应用的普及。
目前可用于量子霍尔电阻计量的材料主要有两种，一是砷化镓系材料，二是石墨烯系材料。其中部分石墨烯系材料能够在低场工作，但这种材料难以获得，并且器件的制作难度很高，综合成本极高，测量过程复杂，因此目前不具备产业应用性。而砷化镓系材料的技术成熟可靠，能够实现普遍化应用，但是其一般工作区间为高场(例如8T-10T)。
发明内容
发明所要解决的技术问题
鉴于上述现有技术状况，通过常见的用砷化镓系材料制成的量子霍尔电阻，难以在低的磁场工作区间内进行准确的电阻计量，因此需要一种综合考虑了材料成本、磁场安全性、以及电阻计量准确度的电阻芯片。
因此，本发明的目的在于提供一种低场量子电阻芯片，其由已有的量子霍尔电阻构成，能够在低磁场区间工作且不降低电阻的计量准确度，而且制作容易、成本低廉。
用于解决技术问题的手段
为了达成上述目的，本发明采用了如下技术手段。
(1)一种低场量子电阻芯片，其特征在于，由两个量子霍尔电阻单体串联而成。
(2)根据上述(1)所述的低场量子电阻芯片，其中，
所述量子霍尔电阻单体包括输入电流电极、输出电流电极、第一电压电极、第二电压电极、第三电压电极和第四电压电极；
所述两个量子霍尔电阻单体中的第一量子霍尔电阻单体的输出电流电极连接于所述两个量子霍尔电阻单体中的第二量子霍尔电阻单体的输入电流电极；
所述第一量子霍尔电阻单体的第一电压电极、第二电压电极分别连接于所述第二量子霍尔电阻单体的第四电压电极、第三电压电极；
所述第一量子霍尔电阻单体的输入电流电极与输入电流源连接；
所述第二量子霍尔电阻单体的输出电流电极输出工作电流。
(3)根据上述(2)所述的低场量子电阻芯片，其中，
当所述量子霍尔电阻单体处于量子化工作状态时，
各所述量子霍尔电阻单体的第一电压电极、第二电压电极、输入电流电极彼此间具有相同的电压，第三电压电极、第四电压电极、输出电流电极彼此间具有相同的电压；并且
所述第一量子霍尔电阻单体的第一电压电极、第二电压电极、所述第二量子霍尔电阻单体的第三电压电极、第四电压电极彼此之间具有相同的电压。
(4)根据上述(2)或(3)所述的低场量子电阻芯片，其中，
若所述量子霍尔电阻单体在2号量子平台的工作状态下的、所述第三电压电极与第一电压电极间的量子霍尔电压为V＝2RHI/i，其中i＝2，RH为i＝2的量子平台的计量基准阻值，
则串联连接的两个所述量子霍尔电阻单体在4号量子平台的工作状态下，所述第一量子霍尔电阻单体的第三电压电极与所述第二量子霍尔电阻单体的第一电压电极间的量子霍尔电压为V＝2RHI/i，其中i＝4，RH为i＝2的量子平台的计量基准阻值。
(5)根据上述(2)或(3)所述的低场量子电阻芯片，其中，
各所述量子霍尔电阻单体还包括第五电压电极和第六电压电极；
当所述量子霍尔电阻单体处于量子化工作状态时，
各所述量子霍尔电阻单体的第一电压电极、第二电压电极、第五电压电极、输入电流电极彼此间具有相同的电压，第三电压电极、第四电压电极、第六电压电极、输出电流电极彼此间具有相同的电压；并且
所述第一量子霍尔电阻单体的第五电压电极与所述第二量子霍尔电阻单体的第六电压电极相连接而具有相同的电压。
(6)根据上述(1)～(3)中任一所述的低场量子电阻芯片，其中，
所述第一量子霍尔电阻单体与所述第二量子霍尔电阻单体以俯视观察时所述第一量子霍尔电阻单体的输出电流电极与所述第二量子霍尔电阻单体的输入电流电极彼此相对地靠近的方式排列配置。
(7)根据上述(1)～(3)中任一所述的低场量子电阻芯片，其中，
所述第一量子霍尔电阻单体与所述第二量子霍尔电阻单体以俯视观察时所述第一量子霍尔电阻单体的第一电压电极及第二电压电极所在侧与所述第二量子霍尔电阻单体的输入电流电极彼此相对地靠近的方式排列配置。
(8)根据上述(1)所述的低场量子电阻芯片，其中，
所述量子霍尔电阻单体包括输入电流电极、输出电流电极、第一电压电极、第二电压电极；
所述两个量子霍尔电阻单体中的第一量子霍尔电阻单体的输出电流电极连接于所述两个量子霍尔电阻单体中的第二量子霍尔电阻单体的输入电流电极；
所述第一量子霍尔电阻单体的第一电压电极连接于所述第二量子霍尔电阻单体的第二电压电极；
所述第一量子霍尔电阻单体的输入电流电极与输入电流源连接；
所述第二量子霍尔电阻单体的输出电流电极输出工作电流。
发明效果
根据本发明，通过将两量子霍尔电阻单体串联连接构成量子电阻芯片，能够在常规工作磁场(例如9T)的一半量值处(例如4.5T)实现量子霍尔电阻效应，并应用于计量，且满足规定的计量指标。
而且，由于是利用了现有的量子霍尔电阻，所以制作容易、成本低廉。
此外，该种芯片由于能够在低磁场区间工作，所以大幅降低了使用环境条件，提高了使用安全性，利于推广与普及。
另外，本发明通过设计串联连接的两量子霍尔电阻单体的相对位置，能够在有效利用空间的同时，适于应用在行业内通用的基座上，且能够确保人工操作的空间。
附图说明
图1是示出了量子霍尔电阻效应与量子平台的曲线示意图。
图2是用于说明量子霍尔电阻的工作原理的示意图。
图3是本发明的第一实施方式的低场量子电阻芯片的构成及连接关系示意图。
图4是本发明的第一实施方式的低场量子电阻芯片的构成及连接关系示意图。
图5是本发明的第二实施方式的低场量子电阻芯片中的两量子霍尔电阻单体的布局及布线的示意图。
附图标记说明
1，2，3，1’，2’，3’电压电极；
S输入电流电极；D输出电流电极；IDS D-S间工作电流；
A、E第一电压电极；B、F第二电压电极；C、G第三电压电极；
D、H第四电压电极；K、M输出电流电极；L、N输入电流电极；
11～22电极触点；30矩形凹槽。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
首先，参照图1和图2说明量子霍尔电阻的工作原理。
量子霍尔电阻样品(一般为半导体材料芯片形态)在一定的磁场和极低温环境中可表现出量子化霍尔电阻效应，如图1所示。如果该器件的材料，制作工艺和降温等环境过程满足良好的技术指标，该器件在某几处磁场区间可处于完全量子化状态，这个区间被称为量子平台。
以目前常规的实现该量子效应的砷化镓超晶格异质结类型材料为例，一般有效磁场工作区间为0～12T(T：特斯拉)。根据图1所示的材料，从图1的Rxy曲线能够明显地看到：在i＝2的量子平台(也称为“2号量子平台”)，其有效磁场工作区间为8T～10.5T，i＝3的量子平台(也称为“3号量子平台”)，其有效磁场区间为5.7T～6.4T，i＝4的量子平台(也称为“4号量子平台”)，其有效磁场区间为4.3T～5T。此外，还有一个i＝1的量子平台(也称为“1号量子平台”)，其有效磁场区间约为16T～20T(图1中未示出)。在这些磁场区间中，器件的霍尔电压除以电流基本是恒定值，不随磁场或温度等外界条件改变而改变，因此可以作为量子电阻使用。
更准确的研究，从基础物理理论上分析知道，填充因子i为奇数时，存在多余的电子自旋分裂能级，量子化状态不完全，能级微弱的分裂会造成该量子平台准确度不准。只有填充因子为偶数时(i＝2,4,6等)，量子平台才能够处于完全量子化状态。
从计量实践上分析，i＝2的量子平台(2号量子平台)的宽度较宽，量子基准阻值较高，信噪比相对较高，因此业界一般优先选用i＝2的量子平台(2号量子平台)作为计量基准阻值(RH＝12906.4035Ω)使用。配合应用的通用计量仪器测量范围和准确度均以该阻值为核心进行设计。
另外，关于磁场，业界内通常将大于6T的磁场称为高场，将小于6T的磁场称为低场。
图2是除了标准的砷化镓系量子霍尔电阻样品的工作原理图。如图2所示，D、S电极为两端电流电极，其中D为输入端，S为输出端。量子霍尔电阻的工作电流为I，在图2中D-S两端的工作电流用IDS表示。1、2、3、1’、2’、3’为电压电极。当样品芯片处于i＝2的量子平台(2号量子平台)工作状态时，1’、2’、3’、S极电压一致，D、1、2、3电极电压一致。1-1’之间的量子霍尔电压V＝2RHI/i＝RHI，其中RH为i＝2的量子平台的计量基准阻值(RH＝12906.4035Ω)。以上为典型的整数量子霍尔效应。
根据基础物理原理，i＝4的量子平台(4号量子平台)也是完全量子化状态的(从图1中也能够看出)，具有无限接近物理理论的准确度，因此在物理层面是可以利用的。根据基础物理原理，i＝4的量子平台(4号量子平台)工作磁场仅为i＝2的量子平台(2号量子平台)的一半左右(从图1的横轴也能够看出)。另外，i＝4的量子平台的基准阻值也仅是i＝2量子平台的基准阻值的一半。另外，在4号量子平台上，量子霍尔电压V＝2RHI/i＝RHI/2，可见通过同样的电流，霍尔电压信号仅是标准样品(i＝2时)的一半左右。因此，若直接使用4号量子平台，则信噪比低一倍，由于量子器件的电极承受电流是有限的(大约几十微安)，因此，在不能增加电流的情况下，使用4号量子平台的计量准确度是不够的。
因此，本发明的发明人针对这一问题进一步想出了采用2节量子霍尔电阻单体串联的模式。
第一实施方式
图3示出了本发明的第一实施方式的低场量子电阻芯片的构成及连接关系。如图3所示，低场量子电阻芯片由两个量子霍尔电阻单体串联而成。各量子霍尔电阻单体均包括输入电流电极、输出电流电极、第一电压电极、第二电压电极、第三电压电极和第四电压电极。以图3中左侧的量子霍尔电阻单体(第二量子霍尔电阻单体)为例，其包括输出电流电极K、输入电流电极L、第一电压电极A、第二电压电极B、第三电压电极C和第四电压电极D，其中，输入电流电极L、第一电压电极A以及第二电压电极B具有相同的电压，第三电压电极C、第四电压电极D以及输电流电极K具有相同的电压。图3中右侧的量子霍尔电阻单体(第一量子霍尔电阻单体)具有与左侧的单体完全相同的结构，其包括输出电流电极M、输入电流电极N、第一电压电极E、第二电压电极F、第三电压电极G和第四电压电极H。
如图3所示，右侧量子霍尔电阻单体(第一量子霍尔电阻单体)的输出电流电极M连接于左侧量子霍尔电阻单体(第二量子霍尔电阻单体)的输入电流电极L。右侧量子霍尔电阻单体的第二电压电极F、第一电压电极E分别连接于左侧量子霍尔电阻单体的第三电压电极C、第四电压电极D。右侧量子霍尔电阻单体的输入电流电极N与输入电流源连接，作为整个低场量子电阻芯片的电流输入端。左侧量子霍尔电阻单体的输出电流电极K输出工作电流I，此处的工作电流为INK。各电极间的连接可以通过悬空金属线来实现，也可以通过金属布线来实现。
当对右侧量子霍尔电阻单体的电流输入电极N施加电流时，电流从N到M，经金属线流通到L，再到K。并且，A、B、L同电压，E、F、N同电压，K、C、D同电压，M、G、H同电压。电压电极C，E间的金属线中无电流通过，因此E、C保持同电压，同理D、F保持同电压。M、L间的金属线中有电流流过，并且存在接触电阻、hotspot点，因此L、M以下的半导体层之间会有电压产生。由于左侧单体和右侧单体的拓扑结构一样，因此当两者中有同样电流流过的情况下，G、A之间的霍尔电压V＝2*2RHI/i。在4号量子平台上，V＝2*2RHI/i＝RHI(RH为i＝2的量子平台的计量基准阻值12906.4035Ω)，与标准量子霍尔电阻的i＝2的量子平台的霍尔电压相同。理论上信噪比和基准阻值表现效果与标准样品一致。
采用这种基本构型的优点是，在低场条件(原工作磁场一半左右)实现了与高场器件信噪比相同的量子电阻基准阻值。
图4在图3的基础上进一步示出了低场量子电阻芯片中各电极与基座的连接结构。例如，在基座(未图示)中设有矩形凹槽30，将图3中所示的两个量子霍尔电阻单体安装在该矩形凹槽30中。如图3所示，右侧量子霍尔电阻单体与左侧量子霍尔电阻单体以俯视观察时右侧量子霍尔电阻单体的输出电流电极M与左侧量子霍尔电阻单体的输入电流电极L彼此相对地靠近的方式排列配置。
在基座上，在矩形凹槽30的周围设有电极触点，各触点可就近分别与量子霍尔电阻单体的电极中的一个连接。作为本实施方式中的一个例子，如图3所示，电极触点15通过金属引线与右侧量子霍尔电阻单体的输入电流电极N电连接；电极触点22通过金属引线与左侧量子霍尔电阻单体的输出电流电极K电连接；电极触点11、12通过金属引线分别与右侧量子霍尔电阻单体的第三电压电极G、第四电压电极H电连接；电极触点19、18通过金属引线分别与左侧量子霍尔电阻单体的第一电压电极A、第二电压电极B电连接。
关于电极触点与量子霍尔电阻单体的各电极之间的连接，没有特别限制，只要就近连接、避免或减少引线之间的交叉即可。
第二实施方式
图5示出了本发明的第二实施方式的低场量子电阻芯片中的两量子霍尔电阻单体的布局及布线。
第二实施方式与第一实施方式相比，在两量子霍尔电阻单体的位置布局及引线或布线的布置方面不同。由于各量子霍尔电阻单体的结构及两者之间的连接关系与第一实施方式相同，因此标注相同的附图标记，并省略其详细说明。
如图5所示，两量子霍尔电阻单体的位置布局是将图3所示的两量子霍尔电阻单体中的右侧量子霍尔电阻单体沿顺时针旋转90度而成的位置关系。即，在本实施方式中，图5中右侧量子霍尔电阻单体(第一量子霍尔电阻单体)与左侧量子霍尔电阻单体(第二量子霍尔电阻单体)以俯视观察时右侧量子霍尔电阻单体的第一电压电极E及第二电压电极F所在侧(图中为左侧)与左侧量子霍尔电阻单体的输入电流电极L彼此相对地靠近的方式排列配置。
右侧量子霍尔电阻单体的第二电压电极F及第一电压电极E与左侧量子霍尔电阻单体的第三电压电极C及第四电压电极D的连接金属线两量子霍尔电阻单体之间的空隙以互不交叉的方式布置。右侧量子霍尔电阻单体的输出电流电极M与左侧量子霍尔电阻单体的输入电极L之间的连接金属线(或固定基座上的连接金属线)可以用悬空引线的形式布置。右侧量子霍尔电阻单体的输入电流电极N与电流输入源之间的连接由连接金属线实现，左侧量子霍尔电阻单体的输出电流电极K、电极A、电极B均通过悬空引线分别与基座上的电极触点连接，以进行电流的输入输出。上述方案优点是，一，尽量减少交叉，(即使交叉，引起的问题不太严重，因为垂直交叉，临近磁力线回绕方向不会引起线路磁通量明显变化。)，二，悬空引线(图中虚线)的路径尽量简短，便于操作实施。)由于悬空引线与各量子霍尔电阻之间的间距大，所以不会对量子霍尔电阻等器件构成影响。如上所述各电极之间的连接既可以通过连接金属线直接连接，也可以通过设置在基座上的电极触点来连接。在图5中，用实心圆表示设于基座上的、供两量子霍尔电阻单体的电压电极电连接的电极触点。实心圆所示的各电极触点可以通过悬空的金属引线或是敷设于基座表面的金属布线，按照规定的布图连接。
图5中虚线所示的是悬空引线。由于悬空引线与各量子霍尔电阻之间的间距大，所以不会对量子霍尔电阻等器件构成影响。
通过本实施方式的布局及连接方式，与第一实施方式相比，简化了连接金属线的线路，最大化避免了线路交叉干扰，优化信号测量。因此，能够进一步降低线路电磁干扰和电流泄露，从而进一步减少信号干扰问题。
另外，由于TO-8型基座是行业内通用的基座规范(尺寸)，基座电极排列结构是正方形的。量子霍尔电阻单体一般为长条形，若使用图4所示的直列排布结构，虽然能够尽量使长度满足基座尺寸，但是器件的宽度方面将会变得十分狭小，几乎无法进行人工操作。因此，若采用本实施方式的结构，则能够有效地适用于行业内通用的基座，而且能够确保量子霍尔电阻单体具有可以人工操作的尺寸。
以上结合附图对本发明的实施方式进行了说明，但是具体的构成并不限于这些实施例，在不脱离本发明主旨的情况下，可以进行各种改变。
例如，在上述实施例中，示出了各量子霍尔电阻单体包括第一～第四电压电极的情况，但是，各量子霍尔电阻单体也可以还包括第五电压电极和第六电压电极，即：各量子霍尔电阻单体在其宽度方向两侧各具有三个电压电极。
在该情况下，与具有第一～第四电压电极的情况类似，当量子霍尔电阻单体处于量子化工作状态时，各量子霍尔电阻单体的第一电压电极、第二电压电极、第五电压电极、输入电流电极彼此间具有相同的电压，第三电压电极、第四电压电极、第六电压电极、输出电流电极彼此间具有相同的电压；并且，第二量子霍尔电阻单体的第五电压电极与第一量子霍尔电阻单体的第六电压电极相连接而具有相同的电压。
Claims (8)
1.一种低场量子电阻芯片，其特征在于，由两个量子霍尔电阻单体串联而成。
2.根据权利要求1所述的低场量子电阻芯片，其特征在于，
所述量子霍尔电阻单体包括输入电流电极、输出电流电极、第一电压电极、第二电压电极、第三电压电极和第四电压电极；
所述两个量子霍尔电阻单体中的第一量子霍尔电阻单体的输出电流电极连接于所述两个量子霍尔电阻单体中的第二量子霍尔电阻单体的输入电流电极；
所述第一量子霍尔电阻单体的第一电压电极、第二电压电极分别连接于所述第二量子霍尔电阻单体的第四电压电极、第三电压电极；
所述第一量子霍尔电阻单体的输入电流电极与输入电流源连接；
所述第二量子霍尔电阻单体的输出电流电极输出工作电流。
3.根据权利要求2所述的低场量子电阻芯片，其特征在于，
当所述量子霍尔电阻单体处于量子化工作状态时，
各所述量子霍尔电阻单体的第一电压电极、第二电压电极、输入电流电极彼此间具有相同的电压，第三电压电极、第四电压电极、输出电流电极彼此间具有相同的电压；并且
所述第一量子霍尔电阻单体的第一电压电极、第二电压电极、所述第二量子霍尔电阻单体的第三电压电极、第四电压电极彼此之间具有相同的电压。
4.根据权利要求2或3所述的低场量子电阻芯片，其特征在于，
若所述量子霍尔电阻单体在2号量子平台的工作状态下的、所述第三电压电极与第一电压电极间的量子霍尔电压为V＝2RHI/i，其中i＝2，RH为i＝2的量子平台的计量基准阻值，
则串联连接的两个所述量子霍尔电阻单体在4号量子平台的工作状态下，所述第一量子霍尔电阻单体的第三电压电极与所述第二量子霍尔电阻单体的第一电压电极间的量子霍尔电压为V＝2RHI/i，其中i＝4，RH为i＝2的量子平台的计量基准阻值。
5.根据权利要求2或3所述的低场量子电阻芯片，其特征在于，
各所述量子霍尔电阻单体还包括第五电压电极和第六电压电极；
当所述量子霍尔电阻单体处于量子化工作状态时，
各所述量子霍尔电阻单体的第一电压电极、第二电压电极、第五电压电极、输入电流电极彼此间具有相同的电压，第三电压电极、第四电压电极、第六电压电极、输出电流电极彼此间具有相同的电压；并且
所述第一量子霍尔电阻单体的第五电压电极与所述第二量子霍尔电阻单体的第六电压电极相连接而具有相同的电压。
6.根据权利要求1～3中任一项所述的低场量子电阻芯片，其特征在于，
所述第一量子霍尔电阻单体与所述第二量子霍尔电阻单体以俯视观察时所述第一量子霍尔电阻单体的输出电流电极与所述第二量子霍尔电阻单体的输入电流电极彼此相对地靠近的方式排列配置。
7.根据权利要求1～3中任一项所述的低场量子电阻芯片，其特征在于，
所述第一量子霍尔电阻单体与所述第二量子霍尔电阻单体以俯视观察时所述第一量子霍尔电阻单体的第一电压电极及第二电压电极所在侧与所述第二量子霍尔电阻单体的输入电流电极彼此相对地靠近的方式排列配置。
8.根据权利要求1所述的低场量子电阻芯片，其特征在于，
所述量子霍尔电阻单体包括输入电流电极、输出电流电极、第一电压电极、第二电压电极；
所述两个量子霍尔电阻单体中的第一量子霍尔电阻单体的输出电流电极连接于所述两个量子霍尔电阻单体中的第二量子霍尔电阻单体的输入电流电极；
所述第一量子霍尔电阻单体的第一电压电极连接于所述第二量子霍尔电阻单体的第二电压电极；
所述第一量子霍尔电阻单体的输入电流电极与输入电流源连接；
所述第二量子霍尔电阻单体的输出电流电极输出工作电流。
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|---|---|---|---|---|
| CN115792381A (zh) * | 2022-11-24 | 2023-03-14 | 中国计量科学研究院 | 采用组合式量子霍尔电阻精密测量负载系数的装置及方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20130214775A1 (en) * | 2012-02-20 | 2013-08-22 | Infineon Technologies Ag | Vertical hall device with electrical 180 degree symmetry |
| CN103278783A (zh) * | 2013-05-10 | 2013-09-04 | 中国科学院物理研究所 | 磁场传感器和霍尔器件 |
| CN103743930A (zh) * | 2013-12-26 | 2014-04-23 | 中国计量科学研究院 | 一组十进制标准电阻及采用其制作的分压器 |
| CN108008193A (zh) * | 2017-11-29 | 2018-05-08 | 北京东方计量测试研究所 | 组合式量子霍尔电阻样品比例校验器 |
-
2020
- 2020-10-29 CN CN202011187623.6A patent/CN112310276A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20130214775A1 (en) * | 2012-02-20 | 2013-08-22 | Infineon Technologies Ag | Vertical hall device with electrical 180 degree symmetry |
| CN103278783A (zh) * | 2013-05-10 | 2013-09-04 | 中国科学院物理研究所 | 磁场传感器和霍尔器件 |
| CN103743930A (zh) * | 2013-12-26 | 2014-04-23 | 中国计量科学研究院 | 一组十进制标准电阻及采用其制作的分压器 |
| CN108008193A (zh) * | 2017-11-29 | 2018-05-08 | 北京东方计量测试研究所 | 组合式量子霍尔电阻样品比例校验器 |
Non-Patent Citations (6)
| Title |
|---|
| FRANÇOIS DELAHAYE等: ""Series and parallel connection of multiterminal quantum Halleffect devices"", 《JOURNAL OF APPLIED PHYSICS》, vol. 73, no. 11, 1 June 1993 (1993-06-01), pages 7914 - 7920 * |
| JENS KÖNEMANN等: ""Magnetic Field Reversible Serial Quantum Hall Arrays"", 《IEEE TRANSACTIONS ON INSTRUMENTATION AND MEASUREMENT》, vol. 60, no. 7, 31 July 2011 (2011-07-31), pages 2512 * |
| M. E. CAGE, A. JEFFERY等: ""Calculating the Effects of Longitudinal Resistance in Multi-Series-Connected Quantum Hall Effect Devices"", 《JOURNAL OF RESEARCH OF THE NATIONAL INSTITUTE OF STANDARDS AND TECHNOLOGY》, vol. 103, no. 6, 31 December 1998 (1998-12-31), pages 561 - 592 * |
| TAKEHIKO OE等: ""Development of Quantum Hall Array Resistance Standards at NMIJ"", 《IEEE TRANSACTIONS ON INSTRUMENTATION AND MEASUREMENT》, vol. 60, no. 7, 31 July 2011 (2011-07-31), pages 2590 * |
| W. POIRIER等: ""Resistance metrology based on the quantum Hall effect"", 《THE EUROPEAN PHYSICAL JOURNAL SPECIAL TOPICS》, vol. 172, 21 June 2009 (2009-06-21), pages 235 * |
| 蔡建臻;黄晓钉;潘攀;: "新型量子霍尔电阻样品计量应用研究", 计量学报, no. 04, 28 April 2020 (2020-04-28) * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115792381A (zh) * | 2022-11-24 | 2023-03-14 | 中国计量科学研究院 | 采用组合式量子霍尔电阻精密测量负载系数的装置及方法 |
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