本實(shí)用新型涉及量子力學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種新型變溫霍爾效應(yīng)測試儀。

背景技術(shù)：

1879年，霍爾(E.H.Hall)在研究通有電流的導(dǎo)體在磁場中受力的情況時(shí)，發(fā)現(xiàn)在垂直于磁場和電流的方向上產(chǎn)生了電動(dòng)勢，這個(gè)電磁效應(yīng)稱為“霍爾效應(yīng)”?；魻栃?yīng)在半導(dǎo)體研究領(lǐng)域起了非常重要的作用，霍爾效應(yīng)測量是研究半導(dǎo)體性質(zhì)的最基本、最常用的實(shí)驗(yàn)方法。

在半導(dǎo)體上外加與電流方向垂直的磁場，會(huì)使得半導(dǎo)體中的電子與空穴受到不同方向的洛倫茲力而在不同方向上聚集，在聚集起來的電子與空穴之間會(huì)產(chǎn)生電場，電場強(qiáng)度與洛倫茲力產(chǎn)生平衡之后不再聚集，此時(shí)電場將會(huì)使后來的電子和空穴受到電場力的作用而平衡掉磁場對其產(chǎn)生的洛倫茲力，使得后來的電子和空穴能順利通過不會(huì)偏移，這個(gè)現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。霍爾效應(yīng)的測量是研究半導(dǎo)體性質(zhì)的重要實(shí)驗(yàn)方法，利用霍爾系數(shù)和電導(dǎo)率的聯(lián)合測量，可以用來確定半導(dǎo)體的導(dǎo)電類型和載流子濃度。通過測量霍爾系數(shù)與電導(dǎo)率隨溫度的變化，可以確定半導(dǎo)體的禁帶寬度、雜質(zhì)電離能及遷移率的溫度系數(shù)等基本參數(shù)。

在半導(dǎo)體霍爾效應(yīng)的測量的過程中，一般要將半導(dǎo)體樣品截成邊長4-9mm左右的矩形樣片，研磨至厚度為0.3-0.6mm左右，進(jìn)行腐蝕拋光。然后在樣品四邊的中間位置點(diǎn)上接點(diǎn)材料，再進(jìn)行燒結(jié)，以實(shí)現(xiàn)歐姆接觸。制樣完成后，將樣品的四個(gè)接點(diǎn)用細(xì)銅絲焊接在樣品架上，在霍爾效應(yīng)測量儀上進(jìn)行測量。由于銅絲很細(xì)，在焊接過程中不易操作，一個(gè)樣品需要幾分鐘才能焊接完成，效率低，不適合工業(yè)生產(chǎn)下的大量測量工作。

所以，學(xué)校實(shí)驗(yàn)室中現(xiàn)有的霍爾效應(yīng)測試實(shí)驗(yàn)時(shí)只測量這一個(gè)樣品，不再更換其它半導(dǎo)體樣品，這不利于學(xué)生對霍爾效應(yīng)和半導(dǎo)體特性的理解。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型的目的在于提供了一種新型變溫霍爾效應(yīng)測試儀，以解決現(xiàn)有半導(dǎo)體樣品安裝效率低、不容易更換半導(dǎo)體樣品等缺陷。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型之一種新型變溫霍爾效應(yīng)測試儀，用于測量半導(dǎo)體樣品的霍爾效應(yīng)和半導(dǎo)體特性，包括一主機(jī)和與所述主機(jī)通過導(dǎo)線連接的一可變溫變場樣品臺以及一散熱器，所述可變溫變場樣品臺包括一基座，所述基座還包括一固定架，于所述固定架的相對兩端分別設(shè)置有一前固定座和一后固定座，二滑軌的相對兩端分別固定于所述前固定座和所述后固定座，所述二滑軌上設(shè)有一滑動(dòng)臺，一連桿的一端穿過所述前固定座和所述滑動(dòng)臺固定于所述后固定座，其另一端與一控制手輪連接，一永磁體可旋轉(zhuǎn)的安裝于所述滑動(dòng)臺，一電路板固定于所述后固定座，所述電路板朝向所述永磁體的一面設(shè)有一霍爾元件樣品放置區(qū)和一加熱模塊，所述電路板背向所述永磁體的一面設(shè)有一熱電半導(dǎo)體以及位于所述熱電半導(dǎo)體的一水冷模塊，所述半導(dǎo)體樣品的四邊的中間區(qū)域均具有一導(dǎo)電區(qū)域，四導(dǎo)電膠帶分別將四所述導(dǎo)電區(qū)域連接至所述霍爾元件樣品放置區(qū)并將所述半導(dǎo)體樣品固定于所述電路板。

進(jìn)一步地，所述導(dǎo)電膠帶具有相對設(shè)置的一導(dǎo)電面和一絕緣面，所述導(dǎo)電面的中間區(qū)域電鍍有至少一層金屬導(dǎo)電層，所述導(dǎo)電面的四周區(qū)域涂抹有至少一層粘性膠。

進(jìn)一步地，所述散熱器為循環(huán)散熱水箱，所述水冷模塊連接所述循環(huán)散熱水箱。

進(jìn)一步地，所述主機(jī)包括一12位DAC芯片，且具有一觸摸顯示控制屏幕和一正電壓接口、一負(fù)電壓接口、一正電流接口以及一負(fù)電流接口，所述電路板上也具有一正電壓接口、一負(fù)電壓接口、一正電流接口以及一負(fù)電流接口。

進(jìn)一步地，所述熱電半導(dǎo)體的制冷面緊貼所述電路板，所述熱電半導(dǎo)體的制熱面緊貼所述水冷模塊，所述熱電半導(dǎo)體與所述電路板的接觸面以及所述熱電半導(dǎo)體與所述水冷模塊的接觸面均涂有導(dǎo)熱脂。

進(jìn)一步地，位于所述控制手輪和所述滑動(dòng)臺之間的所述連桿上套設(shè)有一彈性件，位于所述滑動(dòng)臺和所述后固定架之間的所述連桿上套設(shè)有另一彈性件，所述連桿通過設(shè)置于其端部區(qū)域的外螺紋結(jié)構(gòu)固定于所述后固定架具有內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)的通孔中。

進(jìn)一步地，所述彈性件和所述另一彈性件均為彈簧。

進(jìn)一步地，所述永磁體為銣鐵硼強(qiáng)磁。

進(jìn)一步地，所述新型變溫霍爾效應(yīng)測試儀還包括一磁屏蔽罩罩設(shè)于所述永磁體和所述電路板的外圍，所述磁屏蔽罩的一側(cè)的下端設(shè)有一開口供所述連桿穿過。

本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果是：本實(shí)用新型的一種新型變溫霍爾效應(yīng)測試儀，所述半導(dǎo)體樣品因?yàn)橥ㄟ^所述導(dǎo)電膠帶固定于所述霍爾元件樣品放置區(qū)并與所述電路板相關(guān)的電路連接，所以更換半導(dǎo)體樣品時(shí)，只需要撕下所述導(dǎo)電膠帶就可以將所述半導(dǎo)體樣品從所述電路板卸下，安裝新的半導(dǎo)體樣品時(shí)，用所述導(dǎo)電膠帶即可實(shí)現(xiàn)電連接和固定，操作簡單且效率高。所述磁屏蔽罩罩設(shè)于所述永磁體和所述電路板的外圍，可以阻擋外界磁場對所述半導(dǎo)體樣品的磁場干擾，使測量結(jié)果更準(zhǔn)確。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型一種新型變溫霍爾效應(yīng)測試儀的可變溫變場樣品臺的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型一種新型變溫霍爾效應(yīng)測試儀的主機(jī)以及部分電路板的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本實(shí)用新型一種新型變溫霍爾效應(yīng)測試儀的半導(dǎo)體樣品放置在電路板上的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本實(shí)用新型一種新型變溫霍爾效應(yīng)測試儀的半導(dǎo)體樣品通過導(dǎo)電膠帶固定在電路板上的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本實(shí)用新型一種新型變溫霍爾效應(yīng)測試儀的導(dǎo)電膠帶的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本實(shí)用新型一種新型變溫霍爾效應(yīng)測試儀的磁屏蔽罩的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為詳細(xì)說明本實(shí)用新型之技術(shù)內(nèi)容、構(gòu)造特征、所達(dá)成目的及功效，以下茲例舉實(shí)施例并配合附圖詳予說明。

在本實(shí)用新型的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本實(shí)用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本實(shí)用新型保護(hù)范圍的限制。

請參閱圖1所示，并結(jié)合圖2至圖6所示，本實(shí)用新型提供一種新型變溫霍爾效應(yīng)測試儀，用于測量半導(dǎo)體樣品的霍爾效應(yīng)和半導(dǎo)體特性，包括一主機(jī)1和與所述主機(jī)1通過導(dǎo)線連接的一可變溫變場樣品臺3以及一散熱器(未圖示)，所述可變溫變場樣品2臺包括一基座31，所述基座31還包括一固定架，于所述固定架的相對兩端分別設(shè)置有一前固定座34和一后固定座36，二滑軌35的相對兩端分別固定于所述前固定座34和所述后固定座36，所述二滑軌35上設(shè)有一滑動(dòng)臺32，一連桿33的一端穿過所述前固定座34和所述滑動(dòng)臺32固定于所述后固定座36，其另一端與一控制手輪38連接，一永磁體4可旋轉(zhuǎn)的安裝于所述滑動(dòng)臺32，一電路板2固定于所述后固定座36，所述電路板2朝向所述永磁體4的一面設(shè)有一霍爾元件樣品放置區(qū)和一加熱模塊21，所述電路板2背向所述永磁體4的一面設(shè)有一熱電半導(dǎo)體22以及位于所述熱電半導(dǎo)體22的一水冷模塊23，所述半導(dǎo)體樣品6的四邊的中間區(qū)域均具有一導(dǎo)電區(qū)域61，四導(dǎo)電膠帶7分別將四所述導(dǎo)電區(qū)域61連接至所述霍爾元件樣品放置區(qū)并將所述半導(dǎo)體樣品6固定于所述電路板2。

進(jìn)一步地，所述導(dǎo)電膠帶7具有相對設(shè)置的一導(dǎo)電面和一絕緣面，所述導(dǎo)電面的中間區(qū)域電鍍有至少一層金屬導(dǎo)電層71，所述導(dǎo)電面的四周區(qū)域涂抹有至少一層粘性膠72。

進(jìn)一步地，所述散熱器為循環(huán)散熱水箱，所述水冷模塊23連接所述循環(huán)散熱水箱。

進(jìn)一步地，所述主機(jī)1包括一12位DAC芯片，且具有一觸摸顯示控制屏幕11和一正電壓接口、一負(fù)電壓接口、一正電流接口以及一負(fù)電流接口，所述電路板2上也具有一正電壓接口、一負(fù)電壓接口、一正電流接口以及一負(fù)電流接口。

進(jìn)一步地，所述熱電半導(dǎo)體22的制冷面緊貼所述電路板2，所述熱電半導(dǎo)體22的制熱面緊貼所述水冷模塊23，所述熱電半導(dǎo)體22與所述電路板2的接觸面以及所述熱電半導(dǎo)體22與所述水冷模塊23的接觸面均涂有導(dǎo)熱脂。

進(jìn)一步地，位于所述控制手輪38和所述滑動(dòng)臺32之間的所述連桿33上套設(shè)有一彈性件(未圖示)，位于所述滑動(dòng)臺32和所述后固定架34之間的所述連桿33上套設(shè)有另一彈性件(未圖示)，所述連桿33通過設(shè)置于其端部區(qū)域的外螺紋結(jié)構(gòu)固定于所述后固定架36具有內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)的通孔中。

進(jìn)一步地，所述彈性件和所述另一彈性件均為彈簧。

進(jìn)一步地，所述永磁體4為銣鐵硼強(qiáng)磁。

進(jìn)一步地，所述新型變溫霍爾效應(yīng)測試儀還包括一磁屏蔽罩5罩設(shè)于所述永磁體4和所述電路板2的外圍，所述磁屏蔽罩5的一側(cè)的下端設(shè)有一開口51供所述連桿33穿過。

使用時(shí)，首先將所述半導(dǎo)體樣品6通過所述導(dǎo)電膠帶7連接且固定于所述電路板，將所述可變溫變場樣品臺3與所述主機(jī)1和/或所述散熱器連接，罩上所述磁屏蔽罩5后，打開所述主機(jī)1，通過所述手輪38調(diào)節(jié)所述永磁體4與所述半導(dǎo)體樣品6之間的距離，以改變所述半導(dǎo)體樣品6上磁場的強(qiáng)度，旋轉(zhuǎn)所述永磁體4，以改變所述半導(dǎo)體樣品6中磁場的方向，通過所述觸摸顯示控制屏幕11來發(fā)出控制命令使所述新型變溫霍爾效應(yīng)測試儀執(zhí)行測量霍爾效應(yīng)系數(shù)或者測量霍爾效應(yīng)磁阻等實(shí)驗(yàn)，并且通過所述觸摸顯示控制屏幕11顯示經(jīng)所述主機(jī)1的相關(guān)單元分析計(jì)算后的相應(yīng)的二維關(guān)系圖。具體的如下：

(1)霍爾系數(shù)實(shí)驗(yàn)

A.對霍爾電流的輸出以及霍爾電壓的輸入進(jìn)行正確的連線。即：將所述主機(jī)1前面板的接口與所述電路板2上的接口按下列方式連接：I+連I+；V+連V+；I-連I-；V-連V-。

B.所述主機(jī)1連接電源，打開電源開關(guān)。

C.所述主機(jī)1啟動(dòng)完畢后，點(diǎn)擊“HALL測試”按鈕后進(jìn)入HALL測試實(shí)驗(yàn)界面，調(diào)整所述控制手輪38，以調(diào)整所述永磁體4距離所述電路板2的遠(yuǎn)近，同時(shí)觀察所述觸摸顯示控制屏幕11上磁場強(qiáng)度數(shù)值的變化，以200高斯至1000高斯范圍內(nèi)的磁場大小較為合適。

D.確定好磁場大小后，點(diǎn)擊“終止電流”、“電流步長”后的對話框可以分別設(shè)置終止電流與電流步長。點(diǎn)擊“開始測試”按鈕后，則系統(tǒng)會(huì)測試一條從0開始以電流步長為間隔至終止電流大小結(jié)束的“霍爾電壓vs霍爾電流”曲線，曲線數(shù)據(jù)會(huì)在所述觸摸顯示控制屏幕下方顯示。

E.根據(jù)實(shí)驗(yàn)得到的磁場大小B、霍爾電流Is，霍爾電壓UH，結(jié)合實(shí)驗(yàn)原理中介紹的公式計(jì)算樣品的霍爾系數(shù)、載流子濃度、遷移率。(樣品的長寬L、l為1mm，厚d為0.1mm)

(2)磁阻效應(yīng)實(shí)驗(yàn)

A.對電流的輸出以及電壓的輸入進(jìn)行正確的連線。即：將所述主機(jī)1前面板的接口與所述電路板2上的接口按下列方式連接I+連I+；V+連V+；I-連V-；V-連I-。(注意，此時(shí)與霍爾效應(yīng)的范德堡接線法不一樣，此時(shí)為四電極測電阻接法)

B.所述主機(jī)1連接電源，打開電源開關(guān)。

C.所述主機(jī)1啟動(dòng)完畢后，點(diǎn)擊“磁阻測試”按鈕后進(jìn)入磁阻測試實(shí)驗(yàn)界面，調(diào)整所述控制手輪38，以調(diào)整所述永磁體4距離所述電路板的遠(yuǎn)近，同時(shí)觀察所述觸摸顯示控制屏幕11上磁場強(qiáng)度數(shù)值的變化，以200高斯至1000高斯范圍內(nèi)的磁場大小較為合適。

D.確定好磁場大小后，點(diǎn)擊“霍爾電流”輸入框，輸入電流大小。點(diǎn)擊“記錄數(shù)據(jù)”按鈕后，則系統(tǒng)會(huì)測試當(dāng)前磁場下的磁阻大小，并顯示在所述觸摸顯示控制屏幕11上。不斷的調(diào)整磁場的大小，即可得到磁阻隨磁場變化的磁阻曲線。

(3)變溫霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)

A.對電流的輸出以及電壓的輸入進(jìn)行正確的連線。即：“霍爾系數(shù)實(shí)驗(yàn)”接線法。

B.所述主機(jī)1連接電源，打開電源開關(guān)。

C.啟動(dòng)所述熱電半導(dǎo)體22和所述加熱模塊21以及所述水冷模塊23。

D.所述主機(jī)1啟動(dòng)完畢后，點(diǎn)擊“變溫系統(tǒng)”按鈕后進(jìn)入變溫實(shí)驗(yàn)界面。調(diào)整所述控制手輪38，以調(diào)整所述永磁體4距離所述電路板2的遠(yuǎn)近，同時(shí)觀察所述觸摸顯示控制屏幕上磁場強(qiáng)度數(shù)值的變化，以200高斯至1000高斯范圍內(nèi)的磁場大小較為合適。

E.確定好磁場大小后，點(diǎn)擊“霍爾電流”輸入框，設(shè)置霍爾電流的大小。點(diǎn)擊“設(shè)置溫度”輸入框，設(shè)定溫度值。點(diǎn)擊“設(shè)置溫度”按鈕后，則系統(tǒng)會(huì)向設(shè)定的溫度變化，待溫度在設(shè)定的溫度值附近穩(wěn)定2分鐘后，點(diǎn)擊“記錄數(shù)據(jù)”按鈕則系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行一次霍爾測試，并將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄在屏幕上。不斷的變化設(shè)置溫度點(diǎn)，則可以得到一條霍爾效應(yīng)隨溫度變化的曲線。

F.根據(jù)實(shí)驗(yàn)得到的溫度T，磁場大小B、霍爾電流Is，霍爾電壓UH，結(jié)合實(shí)驗(yàn)原理中介紹的公式計(jì)算樣品的霍爾系數(shù)、載流子濃度、遷移率。繪制出霍爾參數(shù)的溫度特性曲線。

(4)半導(dǎo)體禁帶寬度實(shí)驗(yàn)

A.對電流的輸出以及電壓的輸入進(jìn)行正確的連線。即：“霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)”接線法

B.啟動(dòng)所述熱電半導(dǎo)體22和所述加熱模塊21以及所述水冷模塊23。

C.所述主機(jī)1連接電源，打開電源開關(guān)。

D.所述主機(jī)1啟動(dòng)完畢后，點(diǎn)擊“變溫系統(tǒng)”按鈕后進(jìn)入變溫實(shí)驗(yàn)界面。調(diào)整所述控制手輪38的旋鈕，將所述永磁體4搖至距離所述電路板2的最遠(yuǎn)。

E.點(diǎn)擊“霍爾電流”輸入框，設(shè)置霍爾電流的大小。點(diǎn)擊“設(shè)置溫度”輸入框，設(shè)定溫度值。點(diǎn)擊“設(shè)置溫度”按鈕后，則系統(tǒng)會(huì)向設(shè)定的溫度變化，待溫度在設(shè)定的溫度值附近穩(wěn)定2分鐘后，點(diǎn)擊“記錄數(shù)據(jù)”按鈕則系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行一次測試，并將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄在屏幕上。不斷的變化設(shè)置溫度點(diǎn)，則可以得到一條電阻隨溫度變化的曲線。

F.根據(jù)實(shí)驗(yàn)得到的溫度T，霍爾電流Is，霍爾電壓UH，用UH除以Is得到樣品的一般電阻，繪制得到電阻隨溫度變化的特性曲線，用“實(shí)驗(yàn)原理”內(nèi)的相關(guān)公式進(jìn)行擬合，求出禁帶寬度△。

(5)磁場距離衰減分布實(shí)驗(yàn)

A.對電流的輸出以及電壓的輸入進(jìn)行正確的連線。即：“磁阻效應(yīng)實(shí)驗(yàn)”接線法

B.啟動(dòng)所述熱電半導(dǎo)體22和所述加熱模塊21以及所述水冷模塊23。

C.所述主機(jī)1連接電源，打開電源開關(guān)。

D.所述主機(jī)1啟動(dòng)完畢后，點(diǎn)擊“磁場空間分布”按鈕后進(jìn)入實(shí)驗(yàn)界面。

E.點(diǎn)擊“霍爾電流”輸入框，設(shè)置霍爾電流的大小。

F.點(diǎn)擊“輸入位置”輸入框，記錄位置。所述控制手輪38每旋轉(zhuǎn)360度，所述滑動(dòng)臺32移動(dòng)0.5mm。以所述滑動(dòng)臺32靠近所述電路板2一端的頂點(diǎn)為起始位置原點(diǎn)，通過所述控制手輪38并不斷輸入位置后，點(diǎn)擊“記錄數(shù)據(jù)”按鈕可以得到一系列霍爾電壓隨位置變化的測試點(diǎn)，對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，找出磁場隨距離分布的數(shù)學(xué)關(guān)系。

綜上所述，僅為本實(shí)用新型之較佳實(shí)施例，不以此限定本實(shí)用新型的保護(hù)范圍，凡依本實(shí)用新型專利范圍及說明書內(nèi)容所作的等效變化與修飾，皆為本實(shí)用新型專利涵蓋的范圍之內(nèi)。