霍尔效应实验讲义

霍尔效应测试㈠霍尔效应的组成，功能及性能，工作原理.组成:HMS测试系统主要由恒电流源、范德堡法则终端转换器、电压测量计，低温管道系统及磁场强度系统组成功能及性能：I、冬悪实验参数输人电滴电齟率g.CUi>（cin2/Vc1t.sec]函场强度(Tssla)（K）样品测淙板1nA—2-OiiiA”-【2I07-]0：|1-0370.5577300卩匚B样豁板spcb1ran拝品桓工作原理：范德堡法则1、电阻率测量测量电阻率时，依次在一对相邻的电极通电流，另一对电极之间测电位差，得到电阻R,代入公式得到这种方法对于样品形状没有特殊的要求，但是要求薄膜样品的厚度均匀，电阻率均匀，表面是单连通的，即没有孔洞。此外，A,B,C,D四个接触点要尽可能小(远远小于样品尺寸)，并且这四个接触点必须位于薄膜的边缘。为了简化测量和计算，常常要求待测薄膜为正方形，这是由于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RAb,cd和Rbc,ad在理论上也应该是相等。2、霍尔系数和迁移率测量测量霍尔系数时，在一对不相邻的电极通上电流，并在垂直样品方向上加一磁场，在另一对不相邻的电极上测量电压的变化可得霍尔系数及其载流子浓度.其中d为样品厚度，B为磁场强度，q为电子电荷。查表可知当rab,cd/rbc,ad2、霍尔系数和迁移率测量测量霍尔系数时，在一对不相邻的电极通上电流，并在垂直样品方向上加一磁场，在另一对不相邻的电极上测量电压的变化可得霍尔系数及其载流子浓度.其中d为样品厚度，B为磁场强度，q为电子电荷。㈡软件菜单使用说明先打开电脑主机，再打开设备开关。左手拿磁极的上盖（N朝上），将待测得薄膜样品放入弹簧夹内，此时弹簧夹应正面朝上（如果放反，会将样品烧坏），放好后盖好上盖。开始界面4.进入霍尔测试界面需要输入数据的只有左上角的INPUTVALUE栏，另U的都不用改动。INPUTVALUE的菜单说明如下所示。DATE:测试日期；USERNAME:用户名称；SAMPLENAME：样品名称；（前三项自己正确填写）；COMPORT:通信端口（已设置好不用重新输入）；TEMP:测试温度（室温下测选择300K,液氮的环境中测选择77K）；I:测试电流（根据试验需求输入）；DELAY:更换测试点测试延时（一般无需改动，0.100s）；D：样品厚度（根据自己Tlie isc-cmpkt&d.GoTflI/VtURVEWEflS'JRECLEARr-ZCLFLiLOWPHHICLOSEHELP的样品输入）；B：测量磁场（根据磁铁上的数据输入）；MeasurementNumber:测量次数（一般选择1000）。点击进行测试OPERATINGDESCRPTION:操作说明；PROGRESS:进度；COMTEST:端口连接检测；MEASURE:开始测量；STOP:停止测量；CLEAR:数据清零；CACUL:改变INPUTVALUE后重新计算；LOAD:读入保存文件；SAVE:保存文件；PRINT:打印当前页面；CLOSE:关闭软件；HELP:帮助；GOTOI/VCURVE:切换到I/V测量模式点击com.test,thecalculationiscompleted变为success，接着点击measure进入测试。测试完成后，保存测试结果。（txt格式）（三）GOTOI/VCURVE:切换到I/V测量模式:HALLEFFECTMEASUREMENTSYSTEMf.vCURvIEkt-ii『uiri・l品Vd:HALLEFFECTMEASUREMENTSYSTEMf.vCURvIEkt-ii『uiri・l品Vd・《i叮IIF 耳・i・i・mbw«i■aipifi.lOlMMaMm3<C> Wh■IHIl-R<LVSVEDATE:测试日期；USERNAME:用户名称；SAMPLENAME：样品名称；COMPORT:通信端口；TEMP:测试温度;CONTREF:测试电阻域值范围比例（一般不用改变）；DELAYTIE：测试延时；INITIAL：初始电流值；FINAL：最终电流值；STEP:步长（初始电流与最终电流之间测试点确定）一般10步即可。2.点击com.test,measurementiscompleted变为success，接着点击measure进入测试。f-VCURVE OATHVIEW1 kRCURVE□r：三RA「IW二.门怕匚iJIP~!ChPROGRESS[%|m«asuir»mi»FM:iseatjiplgf^d|GoToHALLCON.fE^TI I ibu- CLEWfiEWtAWI L<1API SAVE| PfWlHELP测试完成后，保存测试结果。（txt格式）（四）当所有测试已结束，先关设备开关，再关电脑主机（五）操作注意事项1.样品制备注意：焊接时焊点尽量使对称分布于样品的四角，样品尺寸以10mm*10mm为佳。样品欧姆接触，保证样品不虚焊。2.操作过程A样品安装到样品架，设定测量电流。注：电流选择需恰当。A点击才comtest，测量网络通信；再点击Measurement开始测量。注：测试开始阶段不用放入永磁体。A根据测试提示，插入永磁体及更换方向。A保存测量数据。3.测量中注意点A对于未知的样品，建议电流从低开始测量，直到选择到适合的电流。A对于样品，尽量使测量电压值的有效数字在合理的范围内较大，这就需要选择一个合适的电流值。❿IV曲线可以用于测量样品制作的欧姆情况。A制作样品的时候，尽量使样品制作的正方形，使纵横比在合理范围内，提高测量结果的可靠度。Data”判断该样品是否拥有良好的欧姆接触以及测试结果是否可靠：下面是一组测试的原始数Data”判断该样品是否拥有良好的欧姆接触以及测试结果是否可靠：下面是一组测试的原始数霍尔效应测试如何获得可靠的测试数据一、霍尔效应测试仪HMS-3000对测试样品的要求：1、进行霍尔效应测试的样品要求：样品为薄膜片状，平整，厚度均匀，电阻率均匀，各向同性，单一整体（无孤立孔洞）。由于利用范德堡测试法，样品需制作成正方形结构（或接近正方形），正方形的四个顶点为电极点。如下图所示：A,B,C,D四个接触点要尽可能小（远远小于样品尺寸），并且这四个接触点必须位于薄膜的边缘。二、如何判断样品欧姆接触的好坏：绝大多数的霍尔效应测试数据不稳定都是由于样品本身或样品电极点的非欧姆接触造成。我们可以从霍尔效应测试仪测试的“Measure1、上图红色框中共计6组数据，每组数据的数值在绝对值上应该非常接近，且符号必须相反。这是由于范德堡测试原理中，第一步为测试电阻率，通过对样品一侧通电流测试另一侧的电压实现。且对同一侧的电流分别通入正、反另个方向的相同电流来减小误差，因此欧姆接触良好的样品对同一恒流源下测试的电压值，由于其所通入的电流方向相反所得的电压值应该绝对值接近且符号相反。2、通过计算Vab-Vbc的绝对值是否与Vac的值，接近也可以用来判断样品是否有好的欧姆如：Vab|-3.3802|Vbc|-10.352|=6.9718~Vac|6.9152|3、在最后得得到的“EElectricalparameterr”中“RRHac”和“RHbd””的值应应该接近，且“AvverageHaall”的值要在二者者之间，如下图红框框中所示ElectricalPaFametersBulkCuncf!TitiatiDFii=[/cm*]G722GC+1RShentConcentration^SheetResirlance=Re«istivily=Conduclivilv=Macpielo-Ri&sistance=13447E+15ElectricalPaFametersBulkCuncf!TitiatiDFii=[/cm*]G722GC+1RShentConcentration^SheetResirlance=Re«istivily=Conduclivilv=Macpielo-Ri&sistance=13447E+15AverageHallCoefNcierit^ACHallCoefNciefit=B-DHallCoefRciefit-BfltioofVertiral/Hopizonid=1C47BE+D2•9卫841E13513E-DI821G0E-O1SoSeST[ceWs]JcmVC][cm7C]的何当连连续三次量量测样品时，“BullkConcentration”的符号要要保持一致致，说明明样品的导导电类型判断准确确。若满满足以上三三点要求求，可以基基本判定该该样品有较较好的欧姆姆接触。三、如何正正确选择择合适的电流值量量测样品品：我们们在量测样样品时选选取的电流流值，应该该尽量使“MeasureeData”中中量测电电压值