HMS2000霍尔效应测量仪.doc

HMS2000霍尔效应测量仪导电薄膜的电性质是决定薄膜材料用途的很重要参数，因此对于薄膜材料电学性质的测量方法的探究在一个多世纪以来也成为相当重要的研究课题。以上便是范德堡方法侧量薄膜材料电阻率的方法，这种方法对于样品形状没有特殊的要求，薄膜样品没有孔洞四个触要尽可能薄膜的边缘待测薄膜正方形正方形具有很高的对称性，正方形材料的四个顶点从几何上是完全等效，因而可推知电阻值在理论上也应该是相等。可知当时，f=1。因此，最终电阻率的公式即可简化为：霍尔效应是磁电效应的一种，这一现象是美国物理学家霍尔（A.H.Hall，1855—1938）于1879年在研究金属的导电机构时发现的。当电流垂直于外磁场通过导体时，在导体的垂直于磁场和电流方向的两个端面之间会出现电势差，这一现象便是霍尔效应。这个电势差也被叫做霍尔电势差。 通过霍尔判断半导体的掺杂类型图，通入电流i薄膜的电压V。根据洛伦兹力公式可知，当为P型半导体时，多数载流子为带正电的空穴，流动方向和电流方向一致，根据右手法则可知正电荷，电压V为正。当为N型半导体时，多数载流子为带负电的电子，流动方向和电流方向相反，根据右手法则可知电荷，电压V为负。VH的正（负），可以判断半导体的掺杂类型为 p型（n型）。 应用举例 待测样品 对于我学院的HMS-2000型，其实验材料除了要求是厚度均匀的无孔薄膜材料以外，另外还要求材料要切割成正方形。 但是由于材料切割工艺等原因数值上完全相等不可能严格达到，测量电阻率的时候用四点轮换通电测量和反向测量测量的方法得到等八个电阻值，这八个电阻值在理论上应该是完全相等的，因此可取这八个电阻值的平均值作为测量值R，用这种多次测量取平均的方法来来消除测量误差。同理，在测量霍尔的时候也是一样。当出入电流，测量点的电势差和点出入电流，测量两点的电势差，四次霍尔系数的测量结果从理论上来讲也应该是一致的数值，因此依旧可以用以上在电阻率测量中使用的均值法来消除测量误差。正因为正方形待测材料的高度几何对称性，采用以上这种均值测量法十分有助于控制最后测量结果误差范围，从而使测量结果更加精准。因此将待测薄膜材料切割成正方形成为了现今绝大多数的范德堡方法测量对实验材料的基本要求。我院的HMS-2000型，待测厚度均匀无孔洞。我院HMS-2000型是由韩国EcopiA生产，实验主机样品构成PCB电路板 HMS-2000型的优势在于操作便利大体实验步骤如下： 实验开始前，用双面胶将正方形样品固定在PCB线路板的中心，镀有待测薄膜的一面朝上。用细金属导线将样品的4个顶角与PCB线路板板4角的接点焊接好，为了保证实验数据准确，应注意焊接点尽量小并要用专用的铟银焊接，选取的导线也要尽可能短并且4根导线长度应当相近。将PCB线路板插到样品架中，关好样品架。打开实验仪器电源，充分预热后实验即可开始。实验时仅需在实验界面左上的Input Value部分填写好使用者姓名、文件名、设定输入电流、磁场强度，以及薄膜厚度D，之后便可让实验仪自动开始实验以及数据计算。当自动实验和相关计算都完毕后，薄膜材料的各种电性质参数会自动输出到实验软件界面下方的Result栏中。整个实验中，除了制备和固定样品以外几乎不用实验者进行任何多余的手工操作，还省去了复杂的人工计算步骤， 实验结果 下面以透明导电氧化物薄膜AZO为例，用霍尔效应测试仪进行测量。AZO是Al2O3掺杂的ZnO样品运用磁控溅射法制备。制备过程的工艺参数为：衬底温度为200℃，功率为300W，沉积压强为0.3PaZO靶材由俄罗斯Polema公司提供，纯度达到99.999%Al2O3掺杂浓度为wt%。基片采用超白浮法玻璃（中国山东金晶玻璃提供），厚度为3.2 mm。制备时，先在玻璃衬底上沉积约50 nm厚的SiO2作为缓冲层，接着再直流溅射生长1054 nmZO薄膜。 测量电流从0.5014×100 uA到0.5016×1 mA范围内的15次次数 1 2 3 4 5 电流[] 139.44 149.6 179.27 250.5 352.4 载流子浓度 [] -2.9462 -2.3390 -2.416 -3.210 -2.504 迁移率[] 13.82535 17.32879 16.77099 12.55095 16.09944 霍尔系数[] -2.1188 -2.6687 -2.583 -1.944 -2.492 电阻率[] 1.5325 1.5389 1.5403 1.5495 1.5480 从数据表中看出，霍尔系数为负，说明AZO薄膜是N型半导体。电阻率大约在1.5量级。[1]潘留仙、徐勇.利用霍尔效应区分P型与N型半导体的理论诠释[J].广西物理，1996，（4）：4-7. []朱俊杰、刘磁辉等.范德堡方法在ZnO薄膜测试中的应用