华南理工大学半导体物理器件实验讲义（2012级） - 图文(3)

图 4-3 VH 随 x 的变化

2．实验装置与测量线路[2,3]

(1) 样品架

样品架的结构如图 4-4 所示，主要由样品架头和杜瓦瓶组成。样品架头由绝热

性能良好的德银管、真空铜套管、铜圆形托盖、多芯密封电接头、加热丝和电绝缘层等组成。上述样品架主要用于低温测量，在杜瓦瓶中装入液氮，放入样品即可进行测量。

本实验只进行常温和高温测量，样品与电极引线的连接采用在特制的陶瓷板上以

螺丝弹簧压紧的机动形式。

(2) 测量线路

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测量线路如图 4-5 所示。本实验采用直流方法测量。形成磁场的电流由稳压器

和整流器提供，磁场强度由调压器调节。样品电流由电池供电，流经恒流源（虚线包围部分），利用标准电阻精确测量样品电流或校准电流表的刻度值。霍尔电压用直流电位差计或高内阻的数字电压表测量。用铜-康铜热电偶测量样品温度，而样品温度采用精密温度自动控制仪控制。

3．测量方法

由于霍尔电板 A 和 B 难于做到对得很准，它们不不一定处在同一等位面上（见

图 4-6），即使没有磁场，A、B 之间也存在电势差 Vr（欧姆压降）。若两等位面之间的电阻为 r ，则电势差 Vr 为

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图 4-4 样品架的结构

1 – 外套管； 2 – 内套管； 3 – 加热丝； 4 – 铜制样品架头； 5 – 样品； 6 – 热电偶；

7 – 电绝缘层； 8 – 德银管； 9 – 铜圆形托片； 10 – 多芯密封电缆接头

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Vr?I?r

(4-20)

测量时，电势差 Vr 会叠加在 VAB 上。对于高电阻率样品，由于 r 值较大，其影响则更明显。Vr 的正负只与电流的方向有关。

在测量霍尔电压的过程中，除了 Vr 的影响外，还有电流磁效应和热磁效应，如

爱廷豪森效应、能斯脱效应和里纪-勒杜克效应等。这些效应也会产生附加的电势差。下面对

图 4-5 测量线路图

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图 4-6 样品的等位面

这三个效应作简单介绍。

(1) 爱廷豪森效应

爱廷豪森效应是一种电流磁效应，是由载流子速度的统计分布引起的。样品在 Ix

和 Bz（Ix?Bz）作用下，Y 方向即产生霍尔电场 EH。该电场起抗衡洛伦兹力对载流子偏转的作用。在稳定状态下，霍尔电场力只能抵消洛伦兹力对平均速度的载流子的偏转力，速度高于平均速度的载流子仍然继续向原偏转方向偏转，而速度低于平均速度的载流子却向相反方向偏转。由于高速载流子的能量高于低速载流子，样品两边产生的温度差 ?TA?TB??Ix?Bz。由于 A、B 探针与样品属于不同材料，当温度梯度为 dT/dy 时，即产生塞贝克效应。爱廷豪森-塞贝克电势差 VE 与 Ix、Bz 成正比。VE 的正或负与电流 Ix和磁场 Bz 的方向有关。对于图 4-1，如果是 n 型硅，VE 为

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