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泰克4200A-SCS参数分析仪测量范德堡法电阻率和霍尔电压


  来源: 泰克科技 时间:2020-01-15 编辑:清风
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半导体材料研究和器件测试通常要测量样本的电阻率和霍尔电压。半导体材料的电阻率主要取决于体掺杂,在器件中,电阻率会影响电容、串联电阻和阈值电压。霍尔电压测量用来推导半导体类型(n还是p)、自由载流子密度和迁移率。

为确定半导体范德堡法电阻率和霍尔电压,进行电气测量时需要一个电流源和一个电压表。为自动进行测量,一般会使用一个可编程开关,把电流源和电压表切换到样本的所有侧。


4200A-SCS参数分析仪拥有4个源测量单元(SMUs)和4个前置放大器(用于高电阻测量),可以自动进行这些测量,而不需可编程开关。用户可以使用4个中等功率SMU (4200-SMU, 4201-SMU)或高功率SMU (4210-SMU, 4211-SMU),对高电阻材料,要求使用4200-PA前置放大器。

4200A-SCS包括多项内置测试,在需要时把SMU的功能自动切换到电压表或电流源,霍尔电压测量要求对样本应用磁场。

4200A-SCS包括交互软件,在半导体材料上进行范德堡法和霍尔电压测量。4200A-SCS Clarius+软件提供了全面的程序库,除电阻率和霍尔电压测试外,还包括许多其他测试和项目。范德堡法和霍尔电压测试是在Clarius V1.5和V1.6中新增的,包括计算确定表面或体积电阻率、霍尔迁移率和霍尔系数。


范德堡法电阻率测量

人们通常使用范德堡法(vdp)推导半导体材料的电阻率。这种四线方法用在拥有四个端子、均匀厚度的小的扁平形样本上。电流通过两个端子施加到样本上,透过相反的两个端子测量电压下跌,如图1所示。


图1. 范德堡法配置

使用图2所示的SMU仪器配置,围着样本的边缘重复测量8次。


图2. 范德堡法电阻率测量惯例

然后使用这一串8项电压测量(V1-V8)和测试电流(I)来计算电阻率(ρ),ρA和ρB是体积电阻率,fA和fB是样本对称度的几何因数,与两个电阻比率QA和QB相关。公式如下:


图3. 电阻率计算公式


霍尔电压测量

霍尔电压测量对半导体材料表征具有重要意义,因为从霍尔电压和电阻率可以导出传导率类型、载流子密度和迁移率。在应用磁场后,可以使用下面的I-V测量配置测量霍尔电压:


图4. 霍尔电压测量配置

把正磁场B垂直应用到样本,在端子3和端子1之间应用一个电流(I31pBp),测量端子2和端子4之间的电压下跌(V24pBp)。颠倒电流(I31nBp),再次测量电压下跌(V24nBp)。这种颠倒电流方法用来校正偏置电压。然后,从端子2到端子4应用电流(I24pBp),测量端子1和端子3之间的电压下跌(V13pBp)。颠倒电流(I24nBp),再次测量电压下跌(V13nBp)。颠倒磁场Bn,再次重复这一过程,测量电压下跌V24pBn、V24nBn、V13pBn和V13nBn。↘↘↘

从8项霍尔电压测量中,可以使用下面的公式计算平均霍尔系数,RHC和RHD是霍尔系数(cm3/C),计算出RHC和RHD后,可以通过下面的公式确定平均霍尔系数(RHAVG),从范德堡法电阻率(ρAVG)(表示为输出参数Volume_Resistivity)和霍尔系数(RHAVG)中,可以计算出霍尔迁移率(μH)。


使用4200A测量范德堡法电阻率和霍尔电压

4200A-SCS配有四个SMU和前置放大器,简化了范德堡法和霍尔电压测量,因为它包含多项内置测试,可以自动完成这些测量。在使用这些内置测试时,四个SMUs连接到样本的四个端子上,如图5所示。对每项测量,每个SMU的功能会在电流源、电压表或公共之间变化。先测量八项测试中每项测试的电压下跌和测试电流,然后导出电阻率或霍尔系数。霍尔电压测量要求对样本应用一个磁场。

关键词:泰克 参数分析仪 测量    浏览量:386

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