數(shù)字源表測(cè)半導(dǎo)體霍爾效應(yīng)

霍爾效應(yīng)是一種電磁感應(yīng)現(xiàn)象，當(dāng)電流垂直于外磁場(chǎng)通過半導(dǎo)體時(shí)，載流子發(fā)生偏轉(zhuǎn)，垂直于電流和磁場(chǎng)的方向會(huì)產(chǎn)生一附加電場(chǎng)，如圖7所示。霍爾效應(yīng)測(cè)試中我們一般測(cè)試霍爾電壓V_H、電阻率ρ、霍爾系數(shù)R_H、載流子濃度n、霍爾遷移率μ_H等參數(shù)。

 霍爾效應(yīng)

霍爾電壓

首先我們測(cè)試霍爾電壓V_H，按下圖連接方式連接電路，施加一個(gè)垂直樣品平面的磁場(chǎng)B，然后點(diǎn)擊設(shè)置——輸出設(shè)置，將源表調(diào)為4線前面板輸出模式，再返回主界面點(diǎn)擊測(cè)量，將源表設(shè)置為電流源模式，設(shè)置源限值，點(diǎn)擊“OUTPUT”，向1至3方向輸入電流，測(cè)試2、4間電壓。

圖8 霍爾電壓測(cè)試電路

注意：在2線模式下搭建和拆除電路，禁止在4線模式下插拔。

測(cè)試中會(huì)受到不等電勢(shì)位、愛廷豪森效應(yīng)、倫斯脫效應(yīng)等因素的影響，為了保證測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確度，測(cè)試中采取對(duì)稱測(cè)量法。首先我們規(guī)定磁場(chǎng)由下向上為正，電流由1向3為正。具體操作如下：

①、提供正向磁場(chǎng)（+B），正向電流（+I）；測(cè)得電壓V₁；

②、提供正向磁場(chǎng)（+B），反向電流（-I）；測(cè)得電壓V₂；

③、提供反向磁場(chǎng)（-B），反向電流（-I）；測(cè)得電壓V₃；

④、提供反向磁場(chǎng)（-B），正向電流（+I）；測(cè)得電壓V₄；

霍爾電壓為：

電阻率

測(cè)試電阻率我們使用范德堡技術(shù)，給相鄰的兩點(diǎn)提供電流，測(cè)試對(duì)立邊的兩點(diǎn)的電壓，此時(shí)不需要提供磁場(chǎng)，具體的操作如下圖9所示。

圖9 范德堡技術(shù)測(cè)試方法

測(cè)試完成后利用測(cè)試所得的數(shù)據(jù)先計(jì)算出電阻率，計(jì)算出兩個(gè)電阻率的值ρ_A、ρ_B:

t_S是以厘米為單位的樣品的厚度；

V₁-V₈代表電壓測(cè)量出的電壓；測(cè)得的電壓應(yīng)該小于5V，一般為mV；

I是以安培為單位流過樣品的電流；

f_A、f_B是基于樣品對(duì)稱性的幾何因數(shù)，如果樣品W美對(duì)稱則f_A=f_B=1，我們測(cè)試中一般選擇正方形的樣品，正方形是W美對(duì)稱的。

如果ρ_A、ρ_B相差大于10%，則測(cè)試的樣品不夠均勻，那使用范德堡技術(shù)就不能準(zhǔn)確的確定電阻率，要放棄該方法測(cè)試。

其他參數(shù)

霍爾系數(shù)R_H：

載流子濃度n：

霍爾遷移率μ_H:

V_H為3.1中測(cè)試的電壓、t_S為樣品的厚度、B為3.1測(cè)試中提供的磁場(chǎng)，I為3.1中提供的電流，ρ為3.2中測(cè)試所得的電阻率。通過上面的計(jì)算公式，我們可以將霍爾系數(shù)R_H、載流子濃度n、霍爾遷移率μ_H都計(jì)算出來。

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