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     新品霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀的升級(jí)特點(diǎn)原理

霍爾效應(yīng)測(cè)試儀，是用于測(cè)量半導(dǎo)體材料的載流子濃度、遷移率、電阻率、霍爾系數(shù)等重要參數(shù)，而這些參數(shù)是了解半導(dǎo)體材料電學(xué)特性必須預(yù)先掌控的，因此是理解和研究半導(dǎo)體器件和半導(dǎo)體材料電學(xué)特性*的工具。

升級(jí)特點(diǎn)

1、高精密度電流源

輸出電流之度可達(dá)2nA，如此微小之電流可用于半絕緣材料之量測(cè)，即高電阻值材料之量測(cè)。

2、高精密度電表

使用超高精度電表，電壓量測(cè)能力可達(dá)nV等級(jí)，上限可達(dá)300V，極適合用于量測(cè)低電阻值材料。

3、外型精簡(jiǎn)、操作簡(jiǎn)單

外型輕巧、美觀大方，磁鐵組之極性更換也很靈活容易，*之液氮容器設(shè)計(jì)，可確保低溫量測(cè)之穩(wěn)定性jia。

4、I-V曲線

采用圖表的方式，測(cè)量探針?biāo)狞c(diǎn)(A、B、C、D)間電流-電壓曲線，藉此評(píng)判樣品的歐姆接觸好壞。

5、單純好用之操作畫(huà)面

使用者只需在同一張操作畫(huà)面中，就可以完成所有的設(shè)定，實(shí)驗(yàn)結(jié)果由軟件自動(dòng)計(jì)算得到，并在同一張畫(huà)面中顯示出來(lái)，省卻畫(huà)面切換的麻煩，結(jié)果可同時(shí)得到體載流子濃度(Bulk Carrier Concentration)、表面載流子濃度(Sheet Carrier Concentration)、遷移率(Mobility)、電阻率(Resistivity)、霍爾系數(shù)(Hall Coefficient)、等重要實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

6、自行開(kāi)發(fā)之彈簧樣品夾具，特殊設(shè)計(jì)之彈簧探針，其強(qiáng)度加強(qiáng)可改善探針與接觸點(diǎn)之電氣接觸，提高量測(cè)之可靠度。

目的與要求

1. 了解霍爾效應(yīng)測(cè)量磁場(chǎng)的原理和方法;

2. 觀察磁電效應(yīng)現(xiàn)象;

3. 學(xué)會(huì)用霍爾元件測(cè)量磁場(chǎng)及元件參數(shù)的基本方法

原理

1.霍爾效應(yīng)

霍爾效應(yīng)從本質(zhì)上講是運(yùn)動(dòng)的帶電粒子在磁場(chǎng)中受洛侖茲力作用而引起的偏轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的。當(dāng)帶電粒子(電子或空穴)被約束在固體材料中，這種偏轉(zhuǎn)就導(dǎo)致在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上產(chǎn)生正負(fù)電荷的積累，從而形成附加的橫向電場(chǎng)。如圖5.1-1所示的半導(dǎo)體試樣，若在方向通以電流，在方向(垂直紙面向外)加磁場(chǎng)，則在方向即試樣、電極兩側(cè)就開(kāi)始積累異號(hào)電荷而產(chǎn)生相應(yīng)的附加電場(chǎng)。電場(chǎng)的指向取決于試樣的導(dǎo)電類型。顯然，該電場(chǎng)是阻止載流子繼續(xù)向側(cè)面偏移的。當(dāng)載流子所受的橫向電場(chǎng)力與洛侖茲力相等時(shí)，樣品兩側(cè)電荷的積累就達(dá)到平衡。故有

(5.1-1)

其中為霍爾電場(chǎng)，是載流子在電流方向上的平均漂移速度。在此，載流子電量為電子電量。

設(shè)試樣的寬為，厚為，載流子濃度為，則:

(5.1-2)

由5.1-1、5.1-2兩式可得:

(5.1-3)

即霍爾電壓(、電極之間的電壓)與乘積成正比，與試樣厚度成反比。比例系數(shù)稱為霍爾系數(shù)，它是反映材料霍爾效應(yīng)強(qiáng)弱的重要參數(shù)，只要測(cè)出(伏)，以及知道(安)、(特斯拉)，可按下式計(jì)算出(伏特/安培·特斯拉):

(5.1-4)

根據(jù)可進(jìn)一步確定以下參數(shù):

(1)由的符號(hào)(或霍爾電壓的正負(fù))判別半導(dǎo)體樣品的導(dǎo)電類型;

判別的方法是按圖5.1-1所示的和的方向，若測(cè)得的<0(即點(diǎn)A`的電位低于點(diǎn)A的電位)則為負(fù)，樣品屬型，反之則為型。

(2)由求載流子濃度，即;

(3)結(jié)合電導(dǎo)率的測(cè)量，求載流子的遷移率。

遷移率表示單位電場(chǎng)下載流子的平均漂移速度，它是反映半導(dǎo)體中載流子導(dǎo)電能力的重要參數(shù)。電導(dǎo)率與載流子濃度以及遷移率之間有如下關(guān)系:

(5.1-5)

測(cè)出值即可求。

在實(shí)驗(yàn)中測(cè)出，、兩電極間電壓。已知、間長(zhǎng)為，樣品截面積，工作電流為，由歐姆定律，得()。其中為電子電量庫(kù)侖。

2.各種附效應(yīng)及其消除

以上討論的霍爾電壓是在理想情況下產(chǎn)生的，實(shí)際上，在產(chǎn)生霍爾效應(yīng)的同時(shí)，還伴隨著各種附效應(yīng)，所以實(shí)驗(yàn)測(cè)到的并不等于真實(shí)的霍爾電壓值，而是包含著各種附效應(yīng)所引起的附加電壓。如圖5.1-2所示的不等勢(shì)電壓降，這是由于測(cè)量霍爾電壓的電極和的位置很難做到在一個(gè)理想的等勢(shì)面上，因此當(dāng)有電流通過(guò)時(shí)，既使不加磁場(chǎng)也會(huì)產(chǎn)生附加的電壓。但附加電壓的符號(hào)只與電流的方向有關(guān)，與磁場(chǎng)的方向無(wú)關(guān)，因此，對(duì)此附加電壓可通過(guò)改變的方向予以消除。

除此而外還存在由熱電效應(yīng)和熱磁效應(yīng)所引起的各種附效應(yīng)，不過(guò)，這些附效應(yīng)基本上都與和的方向有關(guān)，均可通過(guò)對(duì)稱測(cè)量法，即改變和的方向加以消除。即在規(guī)定了電流和磁場(chǎng)的正、負(fù)方向后，分別測(cè)量由下列四組不同方向的和組合的，即:

然后求、、和的代數(shù)平均值

(5.1-6)

通過(guò)上述的測(cè)量方法，基本上可以消除附效應(yīng)，這可由曲線來(lái)驗(yàn)證。

3.儀器簡(jiǎn)介:

本實(shí)驗(yàn)儀器由兩部分組成:測(cè)試儀和實(shí)驗(yàn)儀。

(1) 實(shí)驗(yàn)儀介紹

實(shí)驗(yàn)儀由兩部分組成(見(jiàn)圖5.1-3、圖5.1-5)

①樣品架及電磁鐵

磁體線包繞向?yàn)轫槙r(shí)針(操作者面對(duì)實(shí)驗(yàn)儀)。根據(jù)線包繞向及勵(lì)磁電流的方向，可確定磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向，而的大小與的關(guān)系由線包上所標(biāo)決定。一般HB>3.00高斯/安培或特斯拉/安培。

樣品為半導(dǎo)體硅單晶片，固定在樣品架一端(不可用手去觸摸)。其幾何尺寸如圖5.1-4:厚度:，寬度，AC電極間距。

樣品共有三對(duì)電極，其中、或、用于測(cè)量霍爾電壓;、或、用于測(cè)量電導(dǎo);、為樣品工作電流電極。

樣品架有、方向調(diào)節(jié)功能及讀數(shù)裝置，可調(diào)節(jié)樣品在磁場(chǎng)中的位置。

②三個(gè)雙刀開(kāi)關(guān)

、為、IM換向開(kāi)關(guān);為VH、測(cè)量選擇開(kāi)關(guān)。IS、IM、VH、與、、的連線見(jiàn)圖5.1-3。

(2) 測(cè)試儀介紹:

測(cè)試儀面板如圖5.1-5所示。測(cè)試儀由兩部分組成:

①兩組恒流源

"輸出"為樣品(霍爾元件)工作電流源。"輸出"為勵(lì)磁電流源。兩組電源彼此獨(dú)立，其輸出大小分別由調(diào)節(jié)旋鈕及調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)節(jié)，其值通過(guò)"測(cè)量選擇"按鍵由同一只數(shù)字電流表進(jìn)行觀測(cè)。"測(cè)量選擇"鍵按下為，彈起為。接至霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀中換向開(kāi)關(guān)，接至霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀中換向開(kāi)關(guān)(切不可接錯(cuò))。

②直流數(shù)字電壓表

VH為通過(guò)A、A`電極測(cè)得的樣品霍爾電壓。為通過(guò)A、C電極測(cè)得的樣品電壓，用以計(jì)算樣品電導(dǎo)率。VH、通過(guò)測(cè)試儀上切換開(kāi)關(guān)由同一數(shù)字電壓表進(jìn)行觀測(cè)。當(dāng)VH、輸入為零時(shí)(輸入線短接)，由調(diào)零旋鈕對(duì)電壓表進(jìn)行零位調(diào)節(jié)。當(dāng)顯示器的數(shù)字前出現(xiàn)"-"號(hào)時(shí)，表示被測(cè)電壓極性為負(fù)值。實(shí)驗(yàn)時(shí)將霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀中開(kāi)關(guān)接至測(cè)試儀中的VH、輸入端。

內(nèi)容及步驟

1. 儀器調(diào)整

(1)按圖連接、檢查線路，并調(diào)節(jié)樣品支架，使霍爾片位于磁場(chǎng)中間;

(2)逆時(shí)針將、調(diào)節(jié)旋鈕旋至小;

(3)分別將輸出、輸出接至實(shí)驗(yàn)儀中、換向開(kāi)關(guān);

(4)用導(dǎo)線將、輸入短接，通過(guò)調(diào)零旋鈕將、顯示調(diào)零

(5)選擇、向上關(guān)閉為、的正方向。

2. 測(cè)量?jī)?nèi)容

(1)測(cè)繪曲線:保持不變，按要求調(diào)節(jié)，分別測(cè)出不同下的四個(gè)值，將數(shù)據(jù)記錄在表格中;

(2)測(cè)繪曲線:保持不變，測(cè)出不同下四個(gè)值;

(3)測(cè)VAC:取，在零磁場(chǎng)下()測(cè)，則VAC=10;

(4)確定樣品導(dǎo)電類型:選、為正向，根據(jù)所測(cè)得的的符號(hào),判斷樣品的導(dǎo)電類型

數(shù)據(jù)處理

1.磁感應(yīng)強(qiáng)度(特斯拉)

H標(biāo)在線包上。作曲線，由曲線求出，帶入，計(jì)算出霍爾系數(shù);

2.計(jì)算載流子濃度n

(m-3)， 其中e為電子電量 庫(kù)侖;

3. 繪制曲線

在坐標(biāo)紙上繪出曲線;

4. 計(jì)算電導(dǎo)率(安/伏米)，及遷移率(米2/伏秒)。

【設(shè)計(jì)內(nèi)容】

1.根據(jù)霍爾效應(yīng)，測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度原理，利用提供的儀器測(cè)試所給模型測(cè)量面上的一維(上下方向)磁分布。

測(cè)量要求:描繪磁場(chǎng)分布(B-X曲線)研究所記錄的磁與數(shù)字信號(hào),(設(shè)計(jì)表格,在坐標(biāo)紙上作曲線,寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)步驟)表示出模擬量與數(shù)字信號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

2.測(cè)量電磁鐵間隙及其周圍的磁場(chǎng)分布。

測(cè)量要求:首先考慮如何采點(diǎn)，將測(cè)量結(jié)果分別用表格和曲線表示。

本公司主營(yíng) 不銹鋼采水器，罐底焊縫真空檢測(cè)盒，讀數(shù)儀，八級(jí)空氣微生物采樣器，繼電器綜合測(cè)試儀，雙波長(zhǎng)掃描儀，涂層測(cè)厚儀，土壤粉碎機(jī)，鋼化玻璃表面平整度測(cè)試儀，聲音傳感器，便攜式電測(cè)水位計(jì)，網(wǎng)口流量計(jì)，腐蝕率儀，便攜式劃痕儀，凝固點(diǎn)測(cè)試儀，水質(zhì)檢測(cè)儀，在線氨氣測(cè)試儀，涂層測(cè)厚儀，涂層測(cè)厚儀，土壤粉碎機(jī)，數(shù)顯式溫度計(jì)，氣體采樣泵，陶瓷抗沖擊試驗(yàn)機(jī)，全自動(dòng)結(jié)晶點(diǎn)測(cè)試儀，藥物凝固點(diǎn)測(cè)試儀，干簧管測(cè)試儀，恒溫水浴箱，汽油根轉(zhuǎn)，氣體采樣泵，鋼化玻璃測(cè)試儀，水質(zhì)檢測(cè)儀，PM2.5測(cè)試儀，可吸入顆粒物檢測(cè)儀，高頻熱合機(jī)，應(yīng)變控制三軸儀，牛奶體細(xì)胞檢測(cè)儀，氦氣濃度檢測(cè)儀，土壤水分電導(dǎo)率測(cè)試儀，場(chǎng)強(qiáng)儀，采集箱，透色比測(cè)定儀，毛細(xì)吸水時(shí)間測(cè)定儀，氧化還原電位計(jì) 測(cè)振儀，一氧化碳二氧化碳檢測(cè)儀，CO2分析儀，示波極譜儀，黏泥含量測(cè)試儀，汽車啟動(dòng)電源，自動(dòng)電位滴定儀，便攜式測(cè)溫儀，氧化鋯分析儀，干簧管測(cè)試儀，精密電導(dǎo)率儀，TOC水質(zhì)分析儀，微電腦可塑性測(cè)定儀，風(fēng)向站，全自動(dòng)點(diǎn)樣儀，土壤氧化還原電位計(jì)，數(shù)字測(cè)溫儀，便攜式總磷測(cè)試儀，腐蝕率儀，恒溫水浴箱，余氯檢測(cè)儀，自由膨脹率儀，離心杯，混凝土飽和蒸汽壓裝置，顆粒強(qiáng)度測(cè)試儀，高斯計(jì)，自動(dòng)涂膜機(jī)，安全閥研磨工具，氣象站，動(dòng)覺(jué)方位儀，暗適應(yīng)儀，氣味采集器，雨量計(jì)，四合一氣體分析儀，乳化液濃度計(jì)，溶解氧儀，溫度測(cè)量?jī)x，薄層鋪板器，溫度記錄儀，老化儀，噪音檢測(cè)儀，恒溫恒濕箱，分體電阻率測(cè)試儀，初粘性和持粘性測(cè)試儀，紅外二氧化碳分析儀，氫燈，動(dòng)覺(jué)方位儀，恒溫動(dòng)物*，冷卻風(fēng)機(jī)，油脂酸價(jià)檢測(cè)儀，粘數(shù)測(cè)定儀，菌落計(jì)數(shù)器，氣象站，雨量計(jì)，凱氏定氮儀，熒光增白劑，平磨儀，燃料電池特性綜合試驗(yàn)儀，溶解儀，在線PH計(jì)，現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡儀，高真空閥門，超聲波液位變送器，阿貝折射儀，水質(zhì)快速檢測(cè)器，污泥比組測(cè)定裝置，掃描儀，氮吹儀，個(gè)人劑量報(bào)警儀，公司秉承“顧客至上，銳意進(jìn)取”的經(jīng)營(yíng)理念，堅(jiān)持“客戶*”的原則為廣大客戶提供優(yōu)