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來自動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中時，在垂直于磁場和電流方向的兩端會產生電勢差。這

就是我們常說的霍爾效應的原理。

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）的電流的傳輸過程。輸出端垂直于

電流的方向。當沒有磁場時，電流分布是均勻的，在輸出端沒有電勢差產生。當垂直磁場出現時，洛倫茲力隨之產生。這個力擾亂了電流的分布，從而導致在輸出端方向產生電勢差，這個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乘積的比值就是我們常說的霍爾系數，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，因為無論是正電荷或者是負電荷移動是沒有差別的。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。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。

通過測試儀的測試，可以計算出材料的如下特性：

♦ 表面電阻，通過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），通過這個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歐姆接觸，四點需要盡量接近樣品的邊緣。假定四個接

觸點無線小，材料的成分是均勻的，從而使得同批導線的熱電效應和差異zui小化。

電流在兩個接觸點之間流過，結果可以在另外兩個觸點測得電壓值。這樣任意兩個接觸點之間留過電流，

就會在其他兩個接觸點之間產生電壓值。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。電流和因電流產生的電壓的排列組合，能夠消除熱電、電磁場和其他因素引起的測量誤

差。通過在已知的磁場中重復這些測試，磁場的方向也能在測試過程中自動翻轉，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電纜的真空腔

♦ 磁場裝置（可能是永磁體或者帶電源控制的電磁場）

♦ 真空泵裝置

♦ 用于四點范德堡測試的彈簧探針夾具或者PCB引線夾具

♦ 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。