數(shù)字源表之半導體霍爾效應的測試方案

一、系統(tǒng)背景

測試半導體材料的霍爾效應是表征和分析半導體材料的重要手段。我們可以根據(jù)霍爾系數(shù)的符號來判斷半導體材料的導電類型，是N型還是P型；霍爾效應從本質上講是運動的帶電粒子在磁場中受洛侖茲力作用而引起的偏轉。當帶電粒子（電子或空穴）被約束在固體材料中，這種偏轉就導致在垂直于電流和磁場的方向上產生正負電荷的聚積，從而形成附加的橫向電場。

根據(jù)霍爾系數(shù)及其與溫度的關系可以計算載流子的濃度，以及載流子濃度同溫度的關系，由此可以確定材料的禁帶寬度和雜質電離能；通過霍爾系數(shù)和電阻率的聯(lián)合測量能夠確定載流子的遷移率，用微分霍爾效應法可測縱向載流子濃度分布；測量低溫霍爾效應可以確定雜質補償度。

與其他測試不同的是霍爾參數(shù)測試中測試點多、連接繁瑣，計算量大，需外加溫度和磁場環(huán)境等特點，在此前提下，手動測試是不可能完成的?；魻栃獪y試系統(tǒng)可以實現(xiàn)幾千到至幾萬點的多參數(shù)自動切換測量，系統(tǒng)由Precise S系列源表，2700 矩陣開關和霍爾效應測試軟件 Cyclestar 等組成?？稍诓煌拇艌?、溫度和電流下根據(jù)測試結果計算出電阻率、霍爾系數(shù)、載流子濃度和霍爾遷移率，并繪制曲線圖。

二、方案特點：

1、標準系統(tǒng)可進行在不同磁場和不同電流條件下的霍爾效應和電阻的測量；

2、測試和計算過程由軟件自動執(zhí)行，能夠顯示數(shù)據(jù)和曲線；

3、選擇變溫選件，可以進行不同溫度條件下的霍爾效應和電阻的測量；

4、電阻測量范圍：0.1mW—50MW。

三、測試材料：

1、半導體材料：SiGe， SiC， InAs， InGaAs， InP， AlGaAs， HgCdTe和鐵氧體材料等；

2、高阻抗材料：半絕緣的 GaAs， GaN， CdTe 等；

3、低阻抗材料：金屬、透明氧化物、弱磁性半導體材料、TMR 材料等。

四、系統(tǒng)原理：

霍爾效應測試系統(tǒng)主要是對霍爾器件的 I-V 測量，再根據(jù)其他相關參數(shù)來計算出對應的值。

電阻率：范德堡法測量電阻率需要圍繞樣品進行 8 次測量。 電極 1、2 加電流電極 4、3 測電壓，和電極 2、3 加電流電極 1、4 測電壓，得到的電阻率稱之為 ρA；接下來電極 3、4 加電流電極 2、1 測電壓，和電極 4、1 加電流電極 3、2 測電壓，得到的電阻率稱之為 ρB。如果樣品均勻， ρA 和 ρB 比較接近，求它們的平均值 即能得到樣品的電阻率 ρav =（ ρA + ρB ） / 2。

五、系統(tǒng)結構：

六、系統(tǒng)配置：

源表：2臺雙通道SMU；

連接線：237-ALG-2，Triax轉鱷魚夾連接線；

七、功能介紹：

1、可進行霍爾效應、I-V 特性、R-T 特性和 R-M 特性的測量；

2、可得出參數(shù)： 方塊電阻、 電阻率、 霍爾系數(shù)、 霍爾遷移率、 載流子濃度和導電類型；

3、 R-T 特性—固定磁場，電阻隨溫度而變化的特性曲線；

4、R-M 特性—固定溫度，電阻隨磁場而變化的特性曲線；

5、曲線繪制功能：I-V 特性—在不同磁場和不同溫度條件下的 I-V 特性曲線；

6、R-T 特性—固定磁場，電阻隨溫度而變化的特性曲線；

7、R-M 特性—固定溫度，電阻隨磁場而變化的特性曲線。

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