GB T 4326-1984 非本征半导体单晶霍尔迁移率和霍尔系数测量方法.pdf

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1、中华人民共和国国家标准非本征半导体单晶霍尔迁移率和霍尔系数测量方法E X廿insicsemiconductor single crystals measurement of Hall mobility and Hall coefficient liDC 621.315 .592621 .317.3 Gil 4326 84 木材、再lill ffj f l:E非丰iiE半导体惟晶it样Ifl确定载流f霍尔迁移率。咒J获得霞尔迁移字必须洲回rti.趴在扣在尔系数，国此本标准也分别适用J这些参数的测址。本方法f且在一向限的范围内有ixJ铺、佳手llE申化保迸行了实.皇室iIj：丘，U该方法也口Ji&

2、ilJ)J他中ofJ本单品材料。所述的视lj过技术豆少适片jt室温电阻宇内达10llcm的试样。1 术语1 . 1 电阻率1 . 1 . 1 电llI l半是材料Ij I、I;f r于电流的电位梯度与电流密度之比。电阳丰i.J!Y: tf零磁通测i人io1.1.2 ii_l!l半是问料1f1jf. 112泪lj旨的；.。在民有单一类型载前tf的非木11E、卡乌合JiI j I，咆.of本j材料J,t斗、参敬的关系如1：f (ne) 1 -. ( 1 ) 式1f1,fJ电rlt午，cm;n一一载流f浓度，cn13 ; r 电f电荷恤，C; 轮流f迁移靶，cm3 /V s o 必5旧日a：，对丰i

3、rf半导体和某比FJ）半导体如lP Ge （仔fL一的手中空穴），式（1 ) qi!然是小适用的，rfr1必须采用如Ir关系式立（n1e1)1 . ( 2) 式！1 n，有J，I；第1种载11tf相关的址。1 . 2 霍尔系数1 . 2. 1 在各1 4Ws ”斗3b1, b,i九九o.tcm CO.lcm l .Ocm 5W, w，3b1, b, 2W, l,t.5cm t,J.iJ仪出设备。3.3便试样成形的设备包括rf;j精度外圆切）r .机，赳rUJo L机床和腐蚀切需J设备，使用的冲模），ii保忡试样尺j:L: Y二征l 的范111内。3.4试样的几何尺寸测量设备3. 4. 1 厚度

4、拙lj国；以揣Jll:J分尺、外径下分尺和分！且屯fI字l支it寺。安求iA样！日！芷刊Ii,lrl中rif旦！主土1?i，。3.4.2 宽度和1Kl支洲国i仪器，推荐使用带有真lj度和分度机橄镜台的显微镜。雯求试样的宽吱冉l五度的测量精度1占1 )coo 3.5制备电极接触的设备普通或超声附铁，适用于金、斩、镇等的电镀、溅射成蒸发设备；低功丰：特斯拉线割.， 3.6 定向设备对j要求沿特J.i.占古自切割试粹的情况F，应使用X光定向设备或光学J.i.向设备。3.7磁体一个纤校月t泣的磁休，能对欣置其巾的试样面积上提供均匀达二1o的储通密度。磁i函j而j必须能反转。磁通密度的精确度要求达到j士

5、1？。这种磁休可以是电磁体、且久磁体。电磁体吁以是有磁靴的电磁铁，也口J以是没有磁靴的螺旋管。在使用电磁休时，应有相应的设备保iil:tf1蚓嵌.j其磁通岳、度的稳定度在士1%。3.8 电子设备3. 8. 1 能在泌量时维持通过试样电流恒定达士0.5 币的电流礁，这可以是电子调节电据，也口以足大r-10俏试样总阻（包括接触电阻）的电阻串连电池构成。要求电流的大小要小F(J一试中革I1主：r1 c rr1 也场的电流。3.8.2 只有和i式样电阻同量级电阻的标准电阻器，其值必须已知l到士0.1o, 3.8.3 电压测量推荐使用高精度和高输入阳抗的数字电压表。电压测量：精确度要求优一rl.5仪器的

6、输入阳抗向是被测试样忌、阳的I0 3f古以上。也可以使用符合这种要求的电（1):！，计、电f忏伏将川和静电i1 0 3. 8. 4适用于电流反而，相应电压读数的变化和顺次把不间的电位导线搭到视lj垣电FE：装置酌转焕装置。3.8.5确定电极接触性质的品休管图示仪。3.9环境控制装置3. 9. 1 试样架应置F磁场的l扫心。对于宵妻在低温下测量的，试样架r可置？中i瓦？他之1jI, X试将在接安在低温；bl冷机冷头上。低温容器宜用破璃、金属或泡沫聚苯乙怖。采用合属中l瓦瓶必须由i磁性材料构成。出7这样的材料的存在，在试样位置k磁通密度值的变化不大J.!?o。3.9.2 在测量过f中温度阶测器和试

7、样温度鉴控设备，包拮制康制热电偶、tll电ll温度计或旦他元件。I日均获得液氮温度至室温范围的浓度与温度关系时，温度的测量精度日优于十0.5k。tl更低温度的训I挝，安求温度测量精度达到土0.05k，在测量过f1j1，温度稳定度应达到测缸中占l主阳酌数il.l0 3.9.3 试样放在不透明的容器巾，并保搏试样Iii国绝热，在件一1民ifd？川l附i式样架必2由悦能Jffi:), 又能屏蔽室晶幅射。在j挂ii不iiJf工宣至1鼠的训i旨时试样架必须.， 河彻小膨胀对试样产生机械应）J 1、Jii.式样1lit:liix泡也冷却被巾的情况，均使试样和l绝热f手捧暗之fll）选ij热交换冷却试中萃，

8、l!1.: ！主）大i 100托的情f生气休，最好是氯气，通人容器。3. 10 定位装置GB 4326- 84 为了使试样平面与磁通方向严格奄直，Mi苇虑、用机械定位或电学定位的方法确定之。4测量程序4. 1 试样的安装将由lj备仔电极的试样，放在试样架上，并接通运线。要注意试样、卡白山与磁遇方向山格垂直。4.2 电阻率测量在零磁场恒温条件卡测量，使用有随毗的电磁铁时，妻求剩也！且密度必须小如l完.f、影响电ll!丰测量。4.2. 1 平行六面体和l桥形试样按国5连战i式样，测量试样的温度。将楼触A生If器重卡l、2和.j 测量电压降V, + I ) , rr, + I ）和几+I ），检驹电

9、流的信忘性，改变电流Ji向草宾州量v,（川，几（）和几-I），险验电流的稳乱性，两次测量的电压俏商厅、大1o. 5内M圳面试样j幅度，检验温度稳定性，若两次温度相盖在允许范围之外，则应i史温度白走后重垣lj韭l:J:ffo号是窿盆11-,;11 恒1Jo;Jl7J _J （时八接触以符( b) 1、陆触J飞柑图6测量桥型和平行六面休试样的电路c ll!掩橱，R辄一标准电阻，CR电fflE掏向开去，D 电位是汁桔流计革tit（啤啦？电压茬）, PR 电甘掏向开荒，s一电位选择开是4.2.2薄片试样按国6连接试样。将电位选悔器11先测量跨任标准电阻t的电守降f （十门，iiii肩接触选择器接通位置

10、l、2、3和4，测量V,(+/),V川门，V川宁门和v;（牛，检验电流稳定性，电流换向，重复上述过程。如前检驰电流稳定性。重复拥l量温度，以价自1温度稳定哇。士；两次温度相差在允讲范围之外，m：应使温度（；后审复上述过抖。, 4.3 霍尔测量l 12 13 4 ll L :, GB 4326 84 3 1 fl 一一一一一一-, 3 14 113441112 3 12 3 - s R , 一一图6i!剧毒；薄片试样的电路C一恒流iR Id；、准电Ii;CR 电流恢lcJ;r关，D一电fl:茬H怜流口系统（戒敬t电压在hs 接触店悴JI关a尸.）.咆l!ri韭择.IIX. 如果使用有剩磁的电磁铁

11、提供磁通，则遵循下述适当的程序$如果使用已知磁通密度的本归路休，或巳怀有电流和磁通毡：度关系并尤利磁的电磁体时，则可省去磁通密度的测量。4. 3. I 、卡行六面体戎桥形试样战图5连接试样。测量试样的温度。t:&:illi磁iiil并调节到所要求的iE磁i亟需度值，测量磁通毡度。在iE向电流的情况下，边择器接通位置1V1(+/,+B门，f丘宣3j/3（十！，十8）和（对六接触试样）位置5V5+I, + R），视量电位降。沟了中走奇电流的稳定抖，在转挨到位责l时，重复测量电压降。如果第一次测量的V1偏离第次的大于0.5-o，则要检杏设备作必姿的改变，重复这个f,i芋宣到规定的稳定性。电流反方向并

12、重复得到T,(l, +B),V,( I. +Bl和（对六接触试样）几（!, + 8）的测量。为了校验磁i茧的稳定性，重复洲后磁通密度。如果第二次磁通毡度偏离第4次的大于l， 1年必要的改进，并重复这、程序直到规定的稳定性。然后使磁通方向改变180，并调节它到同磁通寄：度（士1%），测量磁通密度重复得到1(/, 8), v, 一！，-B），和（对六接触试样）V5 ( /, B）的电位测量。如前检验电流的稳定啊，电流反fi1，并重复得到V1( +!, -Bl, fl;+!, Bl平日（对六接触试样）盯（+I, B）的测量。如前检查电流和磁通密度的稳定性。并如前检查温度的稳定性，若两次温度相差在允许

13、范例之外，则川江f史温度稳定后重复t述过程。所有的电位差符号和数值必须确定并记录。4.3.2 薄片试样按图6连接试样，il!IJ量试样温度，接通磁通并调节到要求的正磁通密度！息，测量磁通密度。在i正向电流下，首先测量Vs+I, +Bl，然后在接触选择器接通位霓5荆l位崖6时，测量跨在i式样上的电位降V5( +J, +B）和几（TJ,+8）。改变电流方向重测几（!, ），v5(-/, ）和几（I, +Bl。改变磁通方向，并调到原有的磁通密度值，重复/l)!ljV二（I，），f75( /, Rl，凡（J, Bl。改变电流方向，重复测量几（，Bl, V5(+f, ），几（+ /, Rl。在测量111

14、随时检验电流稳定性要求变化小于士0.5怡和磁通密度的稳定性，要求变化小j工1. 如前价高温皮的重复性，.，两次测量温！革中间差在允许范围外，则1.0:t吏温监稳定后重复：述过fi0 217 GB 4326 84 5结果计算5. 1 平行六面体或桥形试样5. 1 . 1 电阻f计算。某一对屯iJ电极f8J电r字A(Qcm）出F式给出唱.i;内4牛I、f7,( ）、fJA二土_L一一一一RsWst,/d1 2 - V1C+fl /1（一）另一对电导电极之间电阻草B(Qcm）由、式给出z. ( 7 ) r f7,(+) rr，（门、士土lL一一十工一一一JR., ,/f, ts/d, . . . .

15、 . . . . ( 8 ) 2飞V1(+f)V1(-J)- 平均电网i卒山卡式VrtllJ: （A B）（ fl ) 式c!1：长！主单位是厘米；电Il单位是：姆；电ill:单位任意，但必须致。A和B如果不在土10.：，之内相等，说明试样存在着不符合需要的不均匀性，这样的i式样原因ut应该合奔，If U )j.j J1J匀忡符合需要的试样代之。5. 1 . 2 霍尔系数霍尔系数（RH)(cm/C）搜式（10）计算。V,(+/,+Bl V, I, +8) V,( J, RJ R, 2.50 10 I + 一一一一一一一n - V1 C + !, + 8) V, ( I, + 8) V, （一！

16、，IJ) v, ( + , -8）飞：一一兰一一一JR ts/B .-. ( lO l V1 ( + !, 8) - 式1j 1 ：氏度单位是厘米，电阻单位是欧姆：电压单位任意，但必须致；8的单位是高斯。对N型材料RH是负的，对P电材料RH是正的。试样可测两个霍尔系数值，取宾、卡均RH =( R If，十R川（11) 如果R11，和Ru氢干；在土10%之内相等，说明试样在在着不符合需要的不均匀性，这样的试样原则i应舍弃，而j用均匀性符合要求的试样代之。5. 1. 3霍尔迁移卒用式（5 ) i 1算。5.2 薄片试样5. 2. 1 电阻率计算。得到的数据可计算两个电阳率A( Q cm) fll3

17、(Qcm）值。 av,c +fl + v, c + Jl r, c 7J + v, c fl、1n A=l.1331/I, L 十一一一一一一一一一一Jf,. ( 12) J k v, （十）v, (-) 川rV,+ll+V4（十）v :l ( /) + v 4 ( ）飞nBl.133lfI, + JH,( 13) - v, c + JJ v, JJ - 式中：长度单位是崖米；电.单位是欧姆g电压单位任意，但必须致。f；是QA或Os的相关的数。V1 ( + ）1 ( !) v 2 ( + J) rr 2 ( ) A二可万可王三7）可石万可万. ( 14) V,( +/) V3( ) V4 (

18、+/) V4( ) B二万可万可万十刁7.( 15) IJ;I f f tE图71表杀为Q的函数，如果Q小1二1，出lj取它的倒数。如果A和fJs小在土10%之内相亏，说明试样存在着不符合需要的不均匀圳，这样的i式样原则！），（该舍弃，miTJ均匀性符合需要的试样f：之。平均电阻率由下式价出：218 GB 4326-84 二（AB）“. . . . （川I. 0 。，90.8 I 0. 7 0.6 0.5 0 4 l 2 4 6 8 111 2 4 6 8 LOO Q 图7f因子对Q的函数关系图5.2.2 霍尔系数霍尔系数（R，走，RH0)(cm3/C）按式（16）、（17）计算。V5(+1,

19、+B) V,(-1, +Bl V5(-1, -B) R, = 2.50 10 7 I 一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一 ._ Vs+1, +Bl几（1, +Bl Vs ( 1，） V5 (+I, B】飞士手一？T一Rsls/B. ( 16) RuV6(+1,+B) V,( I，） V, ( 1, Bl M工2.50 x I 0 7 I 一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一叫kVs (+I, +Bl几（I,+Bl几（-1, B) V, (+I, B】飞.，.，.一L一T一JRsls/B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

20、 . . . ( 1 7 ) 式巾：长度单位是厘米s电阻单位是欧姆，电压单位任意，但必须致，B的单位是南斯。如果R矶和R，也不在士10%之内相等，说明试样存在着不符什要求的不均匀性，这样的试样原则上应该舍弃，而用均匀性符合需要的试样代之。5.2.3 霍尔迁移率用式（5）计算。S注意事项6. 1 高的接触电阻可导致虚假的结果，因此电极的欧姆接触特性对测量是唔关重要的。IAIJ量前应用YI特性测试仪对试样电极作欧姆特性检查。对接触的所街可能的组合，每次取两个并在两个极性上作充分的欧姆性质检查。当在一般的晶体告图示仪上观察时，在包括使用的实际电流的气个数量级上得到线性的VI特性，没有明显的弯曲。6.

21、2元电导和光生伏特效应能严重影响所测电阻率，特别是对7战近4；征的材料。所以被测试样应置于光屏蔽中。6.3 在il.J!lj量过科中要保证欧姆定律成豆，材料电阻率不随电场变化。通常l幸小于lV/cm的电场。21纠GB 4326 84 I! I J试样rt1电场的作用，口Jrt，现少数载ltf体:JIJ二人，对高寿命手11,（j阳材料，这种It人导致在治协JL）！来的民禹内电ll率降低。在力11很低电压时，重复测量能细ltit.载i1kf-lt人的怡i0 ft没有？干札肘，不会发现电阻斗、变化。t/mil址时，怜可能）！；l幸低屯！王。6.4 由l半导体的电阳宇航I立系数较大，闪此在Alit且时

22、应知试样画皮。leiI时使用的测试电优hli；在小，以免发叶电流.0111!I式样。电电流圳宝ljit.样后，可用电ii午以：数随时间的变化来jlj也叫：u11忧是否适当。6.5 训lj址装；！附近的i印刷电站t容易才！起感应假象电流，因此1m111丘吉在青E;ii写Ttt忏（J,:j顿中.li岳、阳蔽之Ij 1 o 6.6 ilj i仕，；Jil1式样时，表由1指j电是个严甫的川艇。鸣被iNiJis.样的辰白条fi改变时，训l:,; !- f在也将随之J立变。同时雯防ii.t让路民他iii；，包括测试也用的仪表的树电平l甘流。注战II, t)电）1,i）二：正如，：写贝i;大电容直将延长在；

23、试样的测试时iJJ0 6.7 试样杂质浓度不均生J戎磁通密度小均匀，将才起iWIJt.i小准确，以平J自11.U11极大时Ji！开。6.8 、Vii六面体和桥J;I式样霍尔电极必须ili,离电流援触时品，以避免i-1J1_ );-JN吕:ffLf闯ijI pJi f手iI,样JLf1J J-; I将保ii山先i路放陆引起的霍尔电Ili：的减小小子1?in。6.9 对干各项异性的材料如N型硅和N塑锚，霍尔测运受电流和磁场相对品轴为1nJ的影响6. 10 iM址霍尔也庄，采用电流和磁场换白测量，口j消除爱廷豪森Xk应外的其他付t应。fll爱廷呆森放应引起的误差很小，特别当试样与它的周围是良好的热接

24、触时，l忽略小ti0 6. 11 测量电路中的可能产刊的假电均势，如热电势，应仔细检杳并予以消除。7报告7. 1 适J仲裁试验报告将包扣下列内容a. 测试试样的鉴定。b. 测试温度。c. 测试试样的形状和相应的尺寸。d. 每次测量的标准电阻的大小，跨在标准电阻器t压降，大小和极朽，电导电序，丰吉尔电k和磁通密度。e. 计算、卡均屯阻f、乎均霍尔系数（包括符号）和霍尔迁移率。f. 用f洲最电流、电压、磁通密度和试样几何尺寸的仪嚣的鉴定。7.2 对于相同的试样在不同的系统进行比较测试，应在相同的测试条件，包括温度、磁通密皮、试析电流卡进行。所谓相同目ll它们之间的差异都只能在允许的范围内。8精密度啊。本标准可预期的精密度为7 ，这个估计适用于电阻率在0.01lOOcm的结、硅莉Hil申化馁导材附加说明：本标准由巾华人民共和国冶金五业部提出。本标准由北京有色金属研究总院负责起草。本标准仨雯也草人冯仪。220