[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

本發明涉及提供了一種霍爾效應自動測量系統及其測量方法，測量裝置包括樣品臺、真空裝置、溫控裝置、磁場發生裝置、精密恒流源、數字源表，設有可安放樣品臺的真空裝置，由溫控裝置控制樣品臺溫度，并置于磁場發生裝置中；樣品臺設有四個電極探針，通過導線穿過真空裝置上的電極引出孔連接到精密恒流源與數字源表，構成測量電路，其中數字源表包括開關模塊。測量時，數字源表切換開關模塊狀態，精密恒流源向樣品施加電流，數字源表讀取樣品輸出的電壓信號。本發明以LabVIEW為軟件平臺，實現對多個儀器的自動控制、數據自動記錄和分析，在安裝完樣品后，可實現80K到325K的溫度范圍內自動測量并計算得到樣品的電阻率、霍爾遷移率等重要參數。

技術領域

本發明涉及系統設計、測量技術、自動控制技術，特別涉及一種用于材料霍爾效應的自動測量系統。

背景技術

近幾十年來，半導體材料迅速發展。很多材料在特定溫度范圍內有高的電子遷移率等優越的物理性質，可以應用于特殊環境下的電子器件，因此這些材料的電阻率和霍爾系數具有研究價值。數字源表作為能夠緊密結合電壓源、電流源、電壓表、電流表和電阻表的儀器，兼具多功能性和高精度性能，適用于半導體器件和材料的測試。

1958年，范德堡提出了一種針對半導體材料電阻率和霍爾系數測量的方法，該方法適用于任意形狀、厚度均勻、完整無孔的片狀材料，該方法經過幾十年的改進已成為比較成熟的測量方法，并被美國材料與試驗協會制定了相應的標準。該測量方法實施過程中，四個固定探針與樣品邊緣上四個點接觸，一次測量中選擇特定的兩個固定探針通入電流，另外兩個固定探針測量電壓。根據多次選擇不同的兩個固定探針通入電流，并測量得到的電流值、電壓值和接觸點之間距離計算得到樣品材料的電阻率和霍爾系數。傳統測量方法需要手動選擇指定位置的固定探針，改變電路連接方式，具有測量速度低，手動操作復雜的缺點。

因此，本發明提出一種基于范德堡法的多溫度環境下霍爾效應自動測量系統，使用數字源表降低系統搭建的復雜性，所有儀器實現自動控制，極大地提高了測量效率。

發明內容

本發明的目的在于完成對材料在不同溫度下的霍爾效應的自動測量，本系統基于范德堡法測量原理，并且為了減少測量過程中人工操作的復雜性，設計了一種溫度可控，磁場無極可調，實現材料的電阻率和霍爾效應的自動測量的系統，可顯示并存儲測量結果。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種霍爾效應自動測量系統，

包括，

樣品臺：樣品臺為為絕緣，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；