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EUROMET-Vergleich von Quanten-Hall-Widerstandsschaltungen

07.12.2006

Ein internationaler Ringvergleich von Quantenschaltungen für die Reproduzierung des elektrischen Widerstands über drei Dekaden der Widerstandsskala untersucht deren Eignung als Quanten-Widerstandsnormale.
Das vom französischen LNE vorgeschlagene Projekt "Study and validation of Quantum Hall Array Resistance Standards" dient der Überprüfung der Tauglichkeit von Quanten-Hall-Effekt Vielfachschaltungen (Arrays) als Quantenwiderstandsnormal mit Werten, die einen weiten Bereich abdecken. An dem Vergleich beteiligen sich sieben Metrologieinstitute. Beim LNE wurden Parallel- und Reihenschaltungen mit Widerstandswerten von RK/10, 10RK und 100 Ω gefertigt (RK ≈ 25,8 kΩ). Die PTB stellte für das Projekt weitere QHE-Widerstände zur Verfügung: je eine Reihen- bzw. Parallelschaltung mit zehn Elementen, mit denen auf der Stufe i = 2 des Quanten-Hall-Effekts die Werte 5RK bzw. RK/20 reproduziert werden können.
Die Überprüfung eines vom LNE gefertigten 100-Ω-Arrays in der PTB ergab im Rahmen der Messgenauigkeit bis zu einer Stromstärke von 3 mA keine erkennbare Abweichung vom Sollwert.
Die Überprüfung der PTB-Arrays beim LNE ergab für die Reihenschaltung mit R = 5RKeine relative Abweichung von < 2,7•10-8. Dabei ist zu beachten, dass bei Reihenschaltungen die Isolationswiderstände der Messleitungen mit zunehmendem Widerstand eine zunehmende Rolle spielen, da sie der Messgröße parallel geschaltet sind. Hinzu kommt ein schaltungsbedingter Anteil des Probenlängswiderstandes der Schaltung, der z.B. infolge von Probeninhomogenitäten über die Größe der Gesamtprobe nicht vernachlässigbar ist. Diesen Einfluss zu ermitteln, ist ebenfalls Ziel des Projektes.