华南理工大学半导体物理器件实验讲义（2012级） - 图文(4)

负值；如果是 p 型硅，VE 为正值。

(2) 能斯脱效应

能斯脱效应是一种热磁效应。由于电极 M、N 与样品的接触电阻不同，当有电

流流过时，M、N 两端产生的焦耳热也不同，从而使 M、N 两端产生温度差。此外，由于样品与电极材料的功函数不同，在电流流过时产生帕尔帖效应，即在接触处吸热或放热，使样品温度升高或降低，从而使 M、N 两端产生温度差。这样，样品就有热流 Qx 流过。

样品在热流 Qx 和磁场 Bz（Ix?Bz）作用下，在 Y 方向产生电势差 VN。VN 形

成的机理与 VH 相似，其差别只是载流子运动的原因和方式不同。前者是在热流（即温度梯度 T/x）作用下样品中的载流子在作扩散运动时受到磁场力偏转而形成；后者是在电场力作用下，样品中的载流子在作漂移运动时受到磁场力偏转而产生。VN 与 T/x 及 Bz 成正比，其正、负只与磁场的方向有关。

(3) 里纪-勒杜克效应

里纪-勒杜克效应也属于热磁效应。样品在热流 Qx 和磁场 Bz（Ix?Bz）作用

下，在 Y 方向产生温度差 (TA - TB)。(TA - TB) 与 T/x 及 Bz 成正比，在霍尔电极 A

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和 B 之间产生温度电势差 VRL。VRL 产生的机理与 VE 相似，也与 T/x 及 Bz 成正比，其正、负只与磁场的方向有关。

从以上的讨论可以知道，在样品电流 Ix 和磁场 Bz 同时存在的情况下，霍尔电

极 A 和 B 之间测得的电势差应为霍尔电压 VH 和上述效应产生的附加电势差的代数和，即

VAB?VH?VE?VN?VRL?Vr?VT

(4-21)

式中 VT 是样品外部温度梯度在霍尔电极之间产生的热电电压。除了 VT 之外，上述附加效应产生的电势差的正、负与电流 Ix 或磁场 Bz 的方向有关。因此，可以通过测量方法和计算处理来消除这些附加电势差。另外，VT 在计算方法中也被消除了。因此，实验中只测量如表 4-1 所示的四组值。 得

求这四组值的代数和并取其平均值，即可消除 VE 之外的副效应引起的电势差，

VH?VE??VAB?1??VAB?2??VAB?3??VAB?44

(4-22)

上式表明，直流法测得霍尔电板 A、B 之间的电势差，是霍尔电势差和爱廷豪森-塞贝克电势差之差。VE 在非绝热系统中约占 1% 左右。计及 VE 时，计算公式则为

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VH?VE?1.01??VAB?1??VAB?2??VAB?3??VAB?44 (4-23)

直流法未能消除爱廷豪森效应的影响，也不能消除帕尔帖效应引起的热磁效应所

产生的电势差，原因是帕尔帖热效应引起的热流方向与样品电流方向有关。要消除这些副效应的影响，则需采用交流法测量。

表 4-1 VAB 的测量值（n 型样品，设 Qx 沿 X 轴的正方向）

序号 1 2 3 4

电流方向 磁场方向 VAB 表 达 测 量 值 式 ?Ix ?Bz ?Bz ?Bz ?Bz VH?VE?VN?VRL?Vr?VT ?VH?VE?VN?VRL?Vr?VT VH?VE?VN?VRL?Vr?VT ?VH?VE?VN?VRL?Vr?VT ?Ix ?Ix ?Ix 四．实验步骤

1．样品制备

被测样品为 2.5 mm ? 3.8 mm ? 9.7 mm 的长方体，已制备欧姆接触电极。

2．装架

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将已制备好欧姆接触电极的样品装在样品架上，然后放置在电磁铁两磁极之间的

中心处。样品表面需与磁场垂直，在低温测量时，先将杜瓦瓶放入磁场，然后将已装上样品的样品架放入杜瓦瓶。

3．测量

(1) 利用标准电阻测量通过样品的电流值，并校正电流表的刻度读数。 (2) 测量室温下样品的电导率，即测量 VAC。

(3) 测量样品在室温下的霍尔系数 VH。取外加磁场 Bz = 2000 高斯，然后依次改

变电流和磁场的方向，分别对应于（+I、+B）、（-I、+B）、（-I、-B）和（+I、-B），测出探针 A、B 之间的电势差 (VAB)1、(VAB)2、(VAB)3 和 (VAB)4 四组值。 (4) 测量禁带宽度 Eg。将样品加热，温度每升高 10?C 测量一次霍尔系数，即分别

测出 (VAB)1、(VAB)2、(VAB)3 和 (VAB)4。从室温开始测量，直至上述四组值之和接近于零为止。为节约测量时间，在电离饱和区和高温本征激发区（见图 4-2 曲线 ab 段和 cd 段），测量的温度间隔可超过 10?C。

五．实验要求

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1． 利用室温下测得的数据和上述有关公式，求出杂质浓度、霍尔迁移率并判断样

品的导电类型。

2． 利用测量结果，算出对应各个温度的 RH 值，并作出 ln RH ? 1/T 的关系曲线，

求出样品的禁带宽度 Eg。 3． 分析影响测量结果的主要因素。

六．参考资料

[1]．孙恒慧，包宗明，半导体物理实验，高等教育出版社，1985。 [2]．ASTM., F.76?68 part 8, 1971.

[3]．H. H. Wideder 著，李达汉译，半导体材料电磁参数的测量，计量出版社，1986.

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