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

中华人民共和国国家标准

L了DC

非本征半导体单晶霍尔迁移率和

霍尔系数测量方法GB4326-84

Extrinsicsemiconductorsinglecrystals

一measurementofHallmobilityandHailcoefficient

本标准适用于在非本征半导体单晶试样中确定载流户霍尔迁移率。为获得霍尔迁移率必须测嗽电

阳率和霍尔系数，因此本标准也分别适用J二这些参数的测最。

本方法仅在有限的范围内不f!}寸锗、硅和砷化稼进行了实验室测鱿，但该方法也司适用十具他平导

沐的晶材科。所述的测缝技术至少适用于室温电阻率高达10'Qcm的试样。

术语

1.1电阻率

1.1.1电附率是材料扮「}行于电流的电位梯度与电流密度之比。电阴率应在零磁通卜测定。

1.1.2电阳率是材料Fit直接测量的鼠。在只有一单一类型载流于的非木祖平呀体中，电阻率与材料

从木参数的关系如下:

户=(ne召)1

式中:刀—电阴率，S2"cm;

。—载流r浓度，cm“;

。—电r电荷值，C，

p—载流于迁移率，cmz/V"s。

必须乎剐土{，对J介本征平界体和某}}p型半睁体如P-Ge(存在两种空穴)，式(1)显然是不适用

的，而必须采月〕如卜关系式:

户I(n,epi)-i，…

式I『in和u表书第1种载流r相关的址。

1.2霍尔系数

1.2.1在各向同性的固休卜同时加I'r:相垂内的电场和磁场，则载流r在第-个!t:Mt1#i'd的方向

卜偏转，在试样两侧建立做向’川为，称之为霍尔电场(见图1)。

国家标准局1984-04-12发布1985-03-01实施

GB4326一84

z

、

区X南二.(N:(u)

r

es

(Pt')

l

ee(尸型)

北r仇r,}EE,,

(N划)

升-或矛一一一一一

一~~~闷，，]:

一--J.网1几

一厂(P小)

一伙(N划)

图1霍尔效应符号规定

1.2.2霍尔系数是霍尔电场对电流密度和磁通密度之积的比。

岛=肠/JX-几··························，·········一(3)

式中:RN—霍尔系数，cm1/C;

E,.—横向电场，V/cm;

Jx—电流密度，A"cm一气

Rz磁通密度，G、。

.2.3对于主要是电子传导的N型非木征半导体，霍尔系数是负的;而对于书要是空穴传导的P

型非本征半导体，霍尔系数是正的。

1.2.4霍尔系数是材料巾可直接测量的量。在只有单一型号载流子的非本征半导体中，霍尔系数

与材料基本参数的关系如下:

心二r/n.9。·········……(们

式，Ii:称—霍尔系数，cm3/C;

:—霍尔因子;

”—载流子浓度，cm一3;

4—载流子电母，Co

1.2.5霍尔因子r是依赖于能带结构，散射机构，试样温度，磁通密度和试样晶向的比例因J`,

它的值通常接近于1。在特定的情况下，为了精确地由所测之霍尔系数测定载流子浓度，要求详细的

r值的资科，但在许多情沉下，这些资料是不知道的，只能估计r值。Lt进行比较测U时，测墩者应

取一致的r他。在缺乏其他资料时，r通常可以取1。

1.3霍尔迁移率

1.3.1霍尔迁移率是霍尔系数的绝对值与电阻率之比。

NH=IRxI/P:..(5)

式中:NN尔迁移率，cm'-b.s一7;

c-m1.

IRH一—霍尔系数的绝对值，3,C;

P—电阻率，幼-CM,

GB4326一84

1.3.2仅右一种载流子系统的情况下，霍尔迁移率才具有实际的物理意义。在这样的系统中，霍

尔迁移率uH与电导迁移率之fal存在如下的关系:

4H二ru········································……(6)

式，P:u—电导迁移率，cmz"V’·:’。

只有当已知r值的情况下，根据霍尔系数和电阻率的测量值能够得到载流子迁移率的精确值。

1.4单位

为了将习惯上使用的不同单位制的量协调一致，必须以V·5-cmZ表示磁通密度，即:

1V"s"cmZ二108Gs

2试样的制备和要求

2.1取样

试样自单晶锭切下，并按要求加工成所需的形状。应注意检查试样必须是完全的单厦口

2.2研磨

一般切好的试样，应用M28一M20的氧化铝或碳化硅磨料浆研磨。对切割平整度足够好的试样，

亦可不经研磨。试样表面应具有一均匀无光泽的光洁度，然后用洗涤剂洗净或用有机溶剂经超声清洗

再在纯水中冲净。

23试样的形状

试样形状可用机械加厂工艺如超声切割，研磨切割或锯等方法，加仁成所需的形状—、升行六面

桥形或圆片形状。

休;.

3.1平行六面体试样的图形示于图2(a)。试样的总长要在1.。一1.5cm之间，长宽比应大于5,

至少不要小于4。

r-1

}

{

,I」

(a)无接触(b)八接触(0六接触

图2典型的平行六面体试样

2.3.2桥形试样的图形示于图3，图中所示的任何一种接触图形。

GB4326-84

图3典型的桥型试样

2.3.2.1八接触试样—对试样几何尺寸作如下要求，见图3(a)和(c):

L,》4叽

W>3a

bb2叽

is<O,Icm

C>O.lcm

1.Ocm<L,<1.5cm

b,=b〔士0.005cm

d,=d荃士0.005cm

d2=d芝士0.005cm

b,+d,二李L.,士。005cm

b;十d;二005cm

2L!士“·

b,-b2