电导率和霍尔效应的测试方法优化

1）电导率测量原理与方法

薄膜的电导率测量通常先要测量薄膜的方块电阻，并根据薄膜厚度计算薄膜的电导率。主要有范德堡法（van der Pauw）和直线四探针法两种方式。范德堡法适用于任意形状的样品，可以去除薄膜中温差引起的塞贝克效应的影响，同时也能适用于霍尔效应测试，因此本节薄膜的电导率测量采用范德堡法，图2-19为示意图。

图2-19　范德堡法测量薄膜电导率

首先，在电极1、2之间通入电流I，获得电极3、4之间的电压V34。在电极1、2之间通入反向电流I，获得电极4、3之间的电压V43。通过通入反向电流测量，可抵消热电材料的塞贝克效应对测量的影响。随后以相同方法，依次获得电压V14、V41、V12、V21、V32和V23。根据测得的电压、电流，可获得薄膜水平和竖直两个方向的平均电阻Rh和Rv：

根据Rh和Rv可由下式获得薄膜的单位方块电阻Rs（Ω）：

由扫描电镜或膜厚仪确定薄膜的厚度tf，以获得薄膜的电导率σ：

2）霍尔效应测试原理与方法(www.xing528.com)

半导体薄膜内的载流子浓度、迁移率是影响材料的电学和热学性能的重要因素，通过霍尔效应可以获得薄膜的以上参数。通过不同温度下的霍尔效应测试还可以研究薄膜材料中的载流子散射机制。

霍尔效应测试在基于范德堡法测电导率的基础上，将薄膜置于一个磁场方向垂直于薄膜的平行板之间，磁感应强度为B，在薄膜中通入电流I，在薄膜另外两端会产生电势差，即霍尔电压UH。霍尔效应测试如图2-20所示。霍尔效应测试设备型号为MMR。

图2-20　霍尔效应测试示意图

在薄膜中通入电流时，以空穴载流子为例，其漂移速度为v，并在磁场的作用下受到洛伦兹力FL，使得薄膜内电荷发生偏转，聚集在薄膜一端，形成了霍尔电压UH，并获得薄膜的载流子浓度n和载流子迁移率μ，各参数表达式如下：

式中，RH为霍尔系数；q为载流子电量。在进行霍尔电压测试时，首先在一个磁场方向以范德堡法进行测试，随后将磁场反向进行同样的测试，可消除热电势等影响因素带来的误差。

以上介绍了室温下的电导率与霍尔效应的测试方法，通过精密的温控设备，可以进行不同温度下的相应参数测量。需注意本方法测量的电学参数系数为薄膜面内的参数，即平行于基片的方向，全文中以此方法测量的相关参数均为此方向，可根据薄膜的各向异性估测其面内外的电学参数。