變溫霍爾效應測試系統

變溫霍爾效應測試系統是利用范德堡測量技術(shù)來(lái)自動(dòng)測量半導體和高溫半導體材料的電性參數的儀器。

霍爾效應

當具有電輸運性能的半導體材料放置于磁場(chǎng)中時(shí)，在垂直于磁場(chǎng)和電流方向的兩端會(huì )產(chǎn)生電勢差。這

就是我們常說(shuō)的霍爾效應的原理。

左圖解釋了霍爾效應的基本原理。它表明薄膜半導體

材料（霍爾元件）的電流的傳輸過(guò)程。輸出端垂直于

電流的方向。當沒(méi)有磁場(chǎng)時(shí)，電流分布是均勻的，在輸出端沒(méi)有電勢差產(chǎn)生。當垂直磁場(chǎng)出現時(shí)，洛倫茲力隨之產(chǎn)生。這個(gè)力擾亂了電流的分布，從而導致在輸出端方向產(chǎn)生電勢差，這個(gè)電勢差就是霍爾電壓VH.

VH。

單位厚度上的霍爾電壓與控制電流和磁場(chǎng)乘積的比值就是我們常說(shuō)的霍爾系數，它是被測材料的特性。

霍爾效應是一種傳導現象，不同的電荷載子的傳導特性不同。在通常的電氣應用方面，我們只部分的用到

電流的方向，因為無(wú)論是正電荷或者是負電荷移動(dòng)是沒(méi)有差別的。但是霍爾電壓對于不同的載流子是有不

同的極性的，它被用于深入研究半導體和其他材料中的正負載流子結合產(chǎn)生的電傳輸特性。

范德堡法

范德堡法是一種通常用于測量薄型電阻和樣品霍爾效應的一種技術(shù)。它的能力在于能夠準確地測量任意

形狀的樣品的電特性，只要樣品大約是二維尺寸且電極位置已知的即可。

通過(guò)測試儀的測試，可以計算出材料的如下特性：

♦ 表面電阻，通過(guò)電阻率可以推算給定厚度的樣品的表面電阻。

♦ 材料的摻雜類(lèi)型（P型或者N型）

♦ 多數載流子的濃度（單位面積上多子的數量），通過(guò)這個(gè)參數可以得到給定深度的半導體樣品

的摻雜濃度

♦ 多子的遷移率

霍爾效應的測量

美國MMR公司的霍爾效應測試系統需要樣品上四點(diǎn)歐姆接觸，四點(diǎn)需要盡量接近樣品的邊緣。假定四個(gè)接

觸點(diǎn)無(wú)線(xiàn)小，材料的成分是均勻的，從而使得同批導線(xiàn)的熱電效應和差異zui小化。

電流在兩個(gè)接觸點(diǎn)之間流過(guò)，結果可以在另外兩個(gè)觸點(diǎn)測得電壓值。這樣任意兩個(gè)接觸點(diǎn)之間留過(guò)電流，

就會(huì )在其他兩個(gè)接觸點(diǎn)之間產(chǎn)生電壓值。這幾組測量結果，再加上樣品厚度的信息，可以獲得決定樣品電

阻率的有效信息。電流和因電流產(chǎn)生的電壓的排列組合，能夠消除熱電、電磁場(chǎng)和其他因素引起的測量誤

差。通過(guò)在已知的磁場(chǎng)中重復這些測試，磁場(chǎng)的方向也能在測試過(guò)程中自動(dòng)翻轉，從而測得材料的霍爾遷

移率和載流子濃度。

標準的霍爾效應測試系統

標準的變溫霍爾效應測量系統包括：

♦ 高純高壓氣體（通常為氮氣或者氬氣）

♦ 一套帶高壓氣體管路的過(guò)濾和干燥裝置 (僅低溫平臺需要)

♦ 用于加熱和降溫的熱臺

♦ MMR提供的可編程溫度控制器和霍爾效應測量控制器

♦ 裝配用于數據采集的同軸三線(xiàn)電纜的真空腔

♦ 磁場(chǎng)裝置（可能是永磁體或者帶電源控制的電磁場(chǎng)）

♦ 真空泵裝置

♦ 用于四點(diǎn)范德堡測試的彈簧探針夾具或者PCB引線(xiàn)夾具

♦ 計算機系統

霍爾效應和塞貝克效應測試系統有很多共用的組件。我們可以在一套霍爾效應測試系統上增加一些塞

貝克效應測試選件，從而擴展測試儀器的功能，并豐富感興趣的樣品的信息。