变温霍尔效应测试系统

变温霍尔效应测试系统

变温霍尔效应测试系统是利用范德堡测量技术来自动测量半导体和高温半导体材料的电性参数的仪器。

霍尔效应

当具有电输运性能的半导体材料放置于磁场中时，在垂直于磁场和电流方向的两端会产生电势差。这

就是我们常说的霍尔效应的原理。

左图解释了霍尔效应的基本原理。它表明薄膜半导体

材料（霍尔元件）的电流的传输过程。输出端垂直于

电流的方向。当没有磁场时，电流分布是均匀的，在输出端没有电势差产生。当垂直磁场出现时，洛伦兹力随之产生。这个力扰乱了电流的分布，从而导致在输出端方向产生电势差，这个电势差就是霍尔电压VH.

VH。

单位厚度上的霍尔电压与控制电流和磁场乘积的比值就是我们常说的霍尔系数，它是被测材料的特性。

霍尔效应是一种传导现象，不同的电荷载子的传导特性不同。在通常的电气应用方面，我们只部分的用到

电流的方向，因为无论是正电荷或者是负电荷移动是没有差别的。但是霍尔电压对于不同的载流子是有不

同的极性的，它被用于深入研究半导体和其他材料中的正负载流子结合产生的电传输特性。

范德堡法

范德堡法是一种通常用于测量薄型电阻和样品霍尔效应的一种技术。它的能力在于能够准确地测量任意

形状的样品的电特性，只要样品大约是二维尺寸且电极位置已知的即可。

通过测试仪的测试，可以计算出材料的如下特性：

♦ 表面电阻，通过电阻率可以推算给定厚度的样品的表面电阻。

♦ 材料的掺杂类型（P型或者N型）

♦ 多数载流子的浓度（单位面积上多子的数量），通过这个参数可以得到给定深度的半导体样品

的掺杂浓度

♦ 多子的迁移率

霍尔效应的测量

美国MMR公司的霍尔效应测试系统需要样品上四点欧姆接触，四点需要尽量接近样品的边缘。假定四个接

触点无线小，材料的成分是均匀的，从而使得同批导线的热电效应和差异zui小化。

电流在两个接触点之间流过，结果可以在另外两个触点测得电压值。这样任意两个接触点之间留过电流，

就会在其他两个接触点之间产生电压值。这几组测量结果，再加上样品厚度的信息，可以获得决定样品电

阻率的有效信息。电流和因电流产生的电压的排列组合，能够消除热电、电磁场和其他因素引起的测量误

差。通过在已知的磁场中重复这些测试，磁场的方向也能在测试过程中自动翻转，从而测得材料的霍尔迁

移率和载流子浓度。

标准的霍尔效应测试系统

标准的变温霍尔效应测量系统包括：

♦ 高纯高压气体（通常为氮气或者氩气）

♦ 一套带高压气体管路的过滤和干燥装置 (仅低温平台需要)

♦ 用于加热和降温的热台

♦ MMR提供的可编程温度控制器和霍尔效应测量控制器

♦ 装配用于数据采集的同轴三线电缆的真空腔

♦ 磁场装置（可能是永磁体或者带电源控制的电磁场）

♦ 真空泵装置

♦ 用于四点范德堡测试的弹簧探针夹具或者PCB引线夹具

♦ 计算机系统

霍尔效应和塞贝克效应测试系统有很多共用的组件。我们可以在一套霍尔效应测试系统上增加一些塞

贝克效应测试选件，从而扩展测试仪器的功能，并丰富感兴趣的样品的信息。