数字源表测半导体霍尔效应

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V_H、电阻率ρ、霍尔系数R_H、载流子浓度n、霍尔迁移率μ_H等参数。

 霍尔效应

霍尔电压

首先我们测试霍尔电压V_H，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。

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：

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。

图9 范德堡技术测试方法

t_S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；

f_A、f_B是基于样品对称性的几何因数，如果样品完美对称则f_A=f_B=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ρ_A、ρ_B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R_H：

载流子浓度n：

霍尔迁移率μ_H:

V_H为3.1中测试的电压、t_S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R_H、载流子浓度n、霍尔迁移率μ_H都计算出来。