[發明專利]一種霍爾效應自動測量系統及其測量方法

在審

• 申請號: 202010962953.1
• 申請日: 2020-09-14
• 公開（公告）號: CN112198469A
• 公開（公告）日: 2021-01-08
• 發明（設計）人: 王建立;陳璐;崔振宇
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01R33/12
• 分類號: G01R33/12;G01R27/02
• 代理公司: 北京德崇智捷知識產權代理有限公司 11467
• 代理人: 戴義保

1.一種霍爾效應自動測量系統，其特征是：

包括，

樣品臺：樣品臺為絕緣，用于放置樣品，樣品臺上通過絕緣連接件連接有固定探針；

固定探針用于與樣品各邊角接觸，通過固定探針給樣品通入電流，并測量通入電流后樣品的電壓，固定探針一端絕緣固定到樣品臺上，另一端設置接觸端；

測量電路：測量電路用于給固定探針施加電流和測試電壓；其包括恒流源模塊和電壓信號測試模塊以及控制電路；

其中恒流源模塊通過控制電路分別連接到各個固定探針上；通過控制電路分別控制各個固定探針上電流的導通與斷開；電壓信號測試模塊通過控制電路分別連接到各個固定探針上；通過控制電路測試各固定探針之間電壓的測量；

控制電路由若干組單刀雙擲繼電器開關組成；

測試環境控制裝置：測試環境控制裝置包括用于給樣品提供磁場環境的磁場發生裝置、用于調整樣品溫度的溫控裝置以及為樣品提供真空環境的真空裝置；真空裝置包括一個密封的真空腔體，利用真空泵組對真空腔體進行抽真空；磁場發生裝置放置于真空腔體外部；溫控裝置包括加熱器和液氮腔體，加熱器和冷卻器分別對樣品臺進行加熱和冷卻，加熱機構和冷卻機構的工況利用設置于真空腔體內部的溫度傳感器所獲得的是溫度參數進行調節；上位機模塊：上位機模塊通過LabVIEW控制軟件，收集參數、對

設備的工作進行調度并計算得到樣品的電阻率和霍爾系數，；上位機模塊收集電壓數據，并調整控制電路、磁場發生裝置、溫控裝置、恒流源模塊的工作參數。

2.如權利要求1所述的一種霍爾效應自動測量系統，其特征是：所述恒流源上并聯有N組連接回路，每一組連接回路上分別各設有一個與恒流源正極、負極對應的單刀雙擲繼電器；在電壓信號測試模塊上并聯有N組檢測回路，每一組檢測回路上分別各設有一個與電壓信號測試模塊正極、負極對應的單刀雙擲繼電器；第N組連接回路的中部與第N組檢測回路中部之間通過一條連接電路A導通，連接電路的中部通過一條連接電路B連接到其中一組固定探針上。

3.如權利要求1所述的一種霍爾效應自動測量系統，其特征是：樣品臺上表面中心位置為放置樣品區域，加熱機構和冷卻機構對樣品臺進行加熱或冷卻。

4.如權利要求3所述的一種霍爾效應自動測量系統，其特征是：所述加熱機構為內置的電阻線圈；所述冷卻機構采用冷卻管路內的液氮流量進行制冷；電阻線圈通過上位機控制電阻線圈的電流進行控制，液氮流量通過上位機控制液氮循環泵的流量進行控制。

5.如權利要求1所述的一種霍爾效應自動測量系統，其特征是：其中恒流源模塊為精密恒流源，通過GPIB接口與上位機進行通信；各單刀雙擲繼電器開關通過數字源表進行控制，數字源表選用Agilent 34970，數字源表通過GPIB接口與上位機進行通信。

6.如權利要求5所述的一種霍爾效應自動測量系統，其特征是：上位機控制程序使用LabVIEW軟件，通過LabVIEW軟件進行精密恒流源的儀器開啟和電流參數設定、數字源表的開關控制和電壓讀取、溫控裝置的儀器開啟和參數設定、磁場裝置的儀器開啟和參數設定，完成自動測量并計算得到樣品的電阻率和霍爾系數。

7.如權利要求5所述的一種霍爾效應自動測量系統，其特征是：磁場發生裝置為電磁鐵恒流源。

8.如權利要求1所述的一種霍爾效應自動測量系統，其特征是：真空裝置的真空腔體主體為金屬外殼，金屬外殼由主體與罩殼構成可拆卸結構，主體與罩殼之間通過橡膠密封圈實現對腔體的真空密封；金屬外殼的主體內部安裝樣品臺；真空裝置通過機械泵和分子泵兩級真空發生裝置實現抽真空。

9.如權利要求1所述的一種霍爾效應自動測量系統，其特征是：所述絕緣連接件包括陶瓷螺栓與彈簧，通過陶瓷螺栓對彈簧的壓緊，并通過壓緊的彈簧將固定探針固定于陶瓷螺栓上；陶瓷螺栓固定于樣品臺上。

10.一種如權利要求7所述霍爾效應自動測量系統的測量方法，其特征是：

上位機按照預設組溫控裝置將使測量環境到達某一特定溫度并保持穩定；

系統對每一特定溫度，進行2N組測試，分別輸入恒定電流并讀取電壓信號；

系統通過源表控制繼電器開關模塊中2N組單刀雙擲繼電器開關的狀態，從而選擇輸入電流的固定探針和讀取電壓的固定探針，然后通過精密恒流源向固定探針輸入恒定電流，之后利用源表讀取樣品輸出電壓信號大??；

第1～N組測量每次輸入的恒定電流從相鄰的兩個固定探針經過，并讀取另兩個相鄰固定探針之間的電壓，在無磁場環境下進行，測量結果用于計算材料的電阻率；

第N+1～2N組測量每次輸入的恒定電流從對角線上的兩個固定探針經過，并讀取另一對角線上兩個固定探針之間的電壓，其中第N+1～3N/2組施加一定方向的磁場，第3N/2+1～2N組施加相反方向的磁場，測量結果用于計算材料的霍爾系數；

完成2N組測量后，通過上位機的LabVIEW軟件將對材料在下一溫度的電阻率和霍爾系數進行測量并計算；

依據范德堡法測量原理，使用上位機軟件實現對所有測量結果進行計算，得到材料的電阻率和霍爾系數，顯示于用戶界面，并將所有測量結果于計算結果進行保存。