数字源表测半导体霍尔效应

作者:whpssins 日期:2022-11-09 23:24:33 人气: 栏目:经验交流

霍尔效应测试


霍尔效应是一种电磁感应现象,当电流垂直于外磁场通过半导体时,载流子发生偏转,垂直于电流和磁场的方向会产生一附加电场,如下图所示。霍尔效应测试中我们一般测试霍尔电压VH、电阻率ρ、霍尔系数RH、载流子浓度n、霍尔迁移率μH等参数。



霍尔效应.jpg 

 霍尔效应

霍尔电压

首先我们测试霍尔电压VH,按下图连接方式连接电路,施加一个垂直样品平面的磁场B,然后点击设置——输出设置,将源表调为4线前面板输出模式,再返回主界面点击测量,将源表设置为电流源模式,设置源限值,点击“OUTPUT”,向1至3方向输入电流,测试2、4间电压。

霍尔电压测试连接图.jpg 

图8 霍尔电压测试电路

注意:在2线模式下搭建和拆除电路,禁止在4线模式下插拔。

测试中会受到不等电势位、爱廷豪森效应、伦斯脱效应等因素的影响,为了保证测试结果的准确度,测试中采取对称测量法。首先我们规定磁场由下向上为正,电流由1向3为正。具体操作如下:


①、提供正向磁场(+B),正向电流(+I);测得电压V1;

②、提供正向磁场(+B),反向电流(-I);测得电压V2;

③、提供反向磁场(-B),反向电流(-I);测得电压V3;

④、提供反向磁场(-B),正向电流(+I);测得电压V4;




霍尔电压为:

 霍尔电压计算.jpg

电阻率

测试电阻率我们使用范德堡技术,给相邻的两点提供电流,测试对立边的两点的电压,此时不需要提供磁场,具体的操作如下图9所示。

 范德堡技术测试方法.jpg

图9 范德堡技术测试方法





测试完成后利用测试所得的数据先计算出电阻率,计算出两个电阻率的值ρA、ρB:

 电阻率公式1.jpg

电阻率公式2.jpg

电阻率公式3.jpg


 

 


tS是以厘米为单位的样品的厚度;

V1-V8代表电压测量出的电压;测得的电压应该小于5V,一般为mV;

I是以安培为单位流过样品的电流;

fA、fB是基于样品对称性的几何因数,如果样品完美对称则fA=fB=1,我们测试中一般选择正方形的样品,正方形是完美对称的。

如果ρA、ρB相差大于10%,则测试的样品不够均匀,那使用范德堡技术就不能准确的确定电阻率,要放弃该方法测试。




其他参数

霍尔系数RH:

 霍尔系数算法公式.jpg

载流子浓度n:

 载流子浓度计算公式.jpg

霍尔迁移率μH:

 霍尔迁移率计算公式.jpg

VH为3.1中测试的电压、tS为样品的厚度、B为3.1测试中提供的磁场,I为3.1中提供的电流,ρ为3.2中测试所得的电阻率。通过上面的计算公式,我们可以将霍尔系数RH、载流子浓度n、霍尔迁移率μH都计算出来。


本文标签: 数字源表霍尔效应

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