Hall效应测试仪解析.pptx
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1、霍尔霍尔效应系统效应系统用于测量半导体材料的载流子浓度、迁移率、电阻率、霍尔系数等重要参数,而这些参数是了解半导体材料电学特性必须的,因此霍尔效应测试仪是理解和研究半导体器件和半导体材料电学特性必备的工具。一、霍尔效应基本原理1、霍尔效应、霍尔效应将一块半导体或导体材料,沿将一块半导体或导体材料,沿Z方向加以磁场方向加以磁场B,沿,沿X方向通以工作电流方向通以工作电流I,则在,则在Y方向产生方向产生出电动势出电动势VH,如下图所示,这现象称为霍尔,如下图所示,这现象称为霍尔效应。效应。VH称为霍尔电压。称为霍尔电压。实验表明,在磁场不太强时,电位差与电流强度I和磁感应强度B成正比,与板的厚度d
2、成反比,即或 称为霍尔系数霍尔系数 称为霍尔元件的灵敏度霍尔元件的灵敏度,单位为mv/(mAT)产生霍尔效应的原因是电流作定向运动,带电粒子即载流子产生霍尔效应的原因是电流作定向运动,带电粒子即载流子(N型半导体中的载流子是带负电荷的电子,型半导体中的载流子是带负电荷的电子,P型半导体中的型半导体中的载流子是带正电荷的空穴)在磁场中所受到的洛仑兹力作用载流子是带正电荷的空穴)在磁场中所受到的洛仑兹力作用而产生的而产生的。如下图所示,一长为l、宽为b、厚为d的N型单晶薄片,置于沿Z轴方向的磁场中,在X轴方向通以电流I,则其中的载流子电子所受到的洛仑兹力为 式中V为电子的漂移运动速度,其方向沿X轴
3、的负方向。e为电子的电荷量。指向Y轴的负方向。FmFm指指向向Y Y轴轴的的负负方方向向。自自由由电电子子受受力力偏偏转转的的结结果果,向向A A侧侧面面积积聚聚,同同时时在在B B侧侧面面上上出出现现同同数数量量的的正正电电荷荷,在在两两侧侧面面间间形形成成一一个个沿沿Y Y轴轴负负方方向向上上的的横横向向电电场场E EH H(即即霍霍霍霍尔尔尔尔电电电电场场场场),使使运运动动电电子子受受到到一一个个沿沿Y Y轴轴正正方方向向的的电电场场力力FeFe,A A、B B面面之之间间的的电电位位差差为为V VH H(即(即霍尔电压霍尔电压霍尔电压霍尔电压),),最后达稳定状态时有 即若N型单晶中
4、的电子浓度为n,则流过样片横截面的电流 I=nebdV 所以称为霍尔系数霍尔系数 称为霍尔元件的灵敏度霍尔元件的灵敏度 上面讨论的是N型半导体样品产生的霍尔效应,B侧面电位比A侧面高;对于P型半导体样品,由于形成电流的载流子是带正电荷的空穴,与N型半导体的情况相反,A侧面积累正电荷,B侧面积累负电荷,此时,A侧面电位比B侧面高。由此可知,根据A、B两端电位的高低,就可以判断半导体材料的导电类型是P型还是N型。如果霍尔元件的灵敏度已知,测得了控制电流和产生的霍尔电压,则可测定霍尔元件所在处的磁感应强度。高斯计就是利用霍尔效应来测定磁感应强度B值的仪器。将待测的厚度为待测的厚度为d的半导体样品,放
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