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1、第三章霍爾效應測量測量方法簡介霍爾效應（Halleffect）是導電材料中的電流與磁場相互作用而產生電動勢的效應。1879年美國霍普金斯大學研究生霍爾在研究金屬導電機理時發(fā)現了這種電磁現象，故稱霍爾效應。后來曾有人利用霍爾效應制成測量磁場的磁傳感器，但因金屬的霍爾效應太弱而未能得到實際應用。隨著半導體材料和制造工藝的發(fā)展，人們又利用半導體材料制成霍爾元件，由于半導體的霍爾效應顯著而得到實用和發(fā)展，現在成為半導體材料電學參數測量的重要手段；被越來越多地用來確定半導體材料的導電類型、載流子濃度以及禁帶寬度等參數。一、霍爾效應原理1、霍爾效應本質運動的帶電粒子在磁場中受洛侖茲力的作用而引起的
2、偏轉。如果在與電流垂直的方向加有磁場，樣品中就會引起一個橫向的電勢差，這個電勢差方向與電流和磁場方向垂直，這種現象就成為霍爾效應。外加磁場Bz由電磁場感生的霍爾電場Ey外加電流jx2、霍爾效應中主要參數表達式(⑴)霍爾電場EyE?RBj(3-15)yzx22?n???p??nnppR?(3-16)(⑵)霍爾系數R2q(n??p?)np?R??n(3-17)n對于n型半導體，n>>pnq?p(3-18)R??p對于p型半導體，p>>npq其中,γ是霍爾因子——表征載流子在半導體材料體內的碰撞，其大小與溫度和雜質濃度有關（圖3－2），一般取1.(3)霍爾電壓（霍爾電勢差）UHUH?Ey?w
3、sws為樣品的寬度Bz霍爾電場sw寬度Ix厚度ts長度l二、利用霍爾效應測量半導體電學參數1、判斷半導體的導電類型2、確定樣品的霍爾系數R3、由霍爾系數進一步確定樣品的載流子濃度4、由霍爾系數和電導率進一步確定樣品的遷移率1、判斷半導體的導電類型洛倫茲受力方向F電流I左手定則:伸開左手讓磁感線穿入手心,四指指向電流方向（正電荷運動的方向）,那么拇指的方向就是導體受洛倫茲力的方向。須注意，運動電荷是正的，大拇指的指向即為洛倫茲力的方向。反之，如果運動電荷是負的，那么大拇指的指向的反方向為洛倫茲力方向。2、確定樣品的霍爾系數RE?RBjyzxEyUH/wsUHts3R???(米/庫侖)UH
4、BjB(I/wt)BIE?zxzxsszxywsBz霍爾電場sw寬度Ix厚度ts長度l3、由霍爾系數進一步確定樣品的載流子濃度對于n型半導體，n>>p，根據其霍爾系數表達式?n?R??n?nnnqRqn對于p型半導體，p>>n，根據其霍爾系數表達式?p?R??ppp?pqRqpl根據霍爾系數確定載流子濃度，其準確性受到霍爾因子的影響。4、由霍爾系數進一步確定樣品的遷移率對于n型半導體，根據其電阻率/電導率的表達式??nq?nRn(3-19)??n???n?n?nRqn令R????H,?H稱為霍爾遷移率，是樣品電導率和霍爾系數的乘積。因此公式(3-19)還可寫成：?H??(3-20)n?
5、n對于p型半導體，同理有：Rp????p?p?H??p?pl說明?根據霍爾效應確定載流子濃度，需要分別測量出樣品的霍爾系數和電導率。?電導率的測量可以采用二探針法和范德堡法(p.82)。三、霍爾效應實驗裝置和測試方法1、實驗裝置2、測量方法3、樣品制備1、實驗裝置l磁鐵l標準電阻l樣品電流電源l數字電壓表l樣品架g樣品架線圈電流輸入電壓輸出磁場輸入閘刀2、測量方法①霍爾電壓的測量l由于產生霍爾效應的同時，伴隨多種副效應，以致實測的AB間電壓不等于真實的VH值，因此必需設法消除。l根據副效應產生的機理，采用電流和磁場換向的對稱測量法基本上能把副效應的影響從測量結果中消除。l具體的做法:I
6、s和B的大小不變，依次測量由下面四組不同方向的Is和B時的V1，V2，V3，V4，l1）+I+BVs1l2）+I-BVs2l3）-I-BVs3l4）-I+BVs4代數平均值：V?V?V?V1234霍爾電壓V?H4②霍爾效應測量中電阻率的測量a.二探針法適合長條形或橋形樣品電阻率測量。圖3-4利用二探針法測量樣品的電阻率b.范德堡法適合樣品形狀任意、厚度均勻、無孤立孔洞的片狀樣品。3、樣品制備?第一步：晶體完整性：少缺陷；需表面清洗?第二步：樣品形狀的篩選與加工?第三步：在樣品上制作歐姆電極平行六面體樣品橋形樣品(便于制作歐姆電極)片狀樣品四、霍爾效應測準條件?光照影響?大電流注入效應?
7、溫度?外界電磁場的影響五、霍爾效應實驗步驟?1．樣品的制備及安裝?2．溫度控制和測量本章作業(yè)1、什么是霍爾效應？畫圖描述。2、怎樣利用霍爾效應推算出半導體中載流子的濃度和遷移率？3、霍爾效應測試中，如何消除由熱電、熱磁等效應引起的測量誤差？
