霍爾效應(yīng)是電磁效應(yīng)的一種，當(dāng)電流垂直于外磁場通過半導(dǎo)體時，載流子發(fā)生偏轉(zhuǎn)，垂直于電流和磁場的方向會產(chǎn)生一附加電場，從而在半導(dǎo)體的兩端產(chǎn)生電勢差，這一現(xiàn)象就是霍爾效應(yīng)。霍爾效應(yīng)廣泛應(yīng)用于材料表征和磁場感應(yīng)。

材料表征

在材料表征應(yīng)用中，材料放置在已知的磁場 B 之中。同時，測量霍爾電壓 VXY(圖1)、通過樣本的電壓 VXX 和通過材料的電流 IR。根據(jù)這些測量值，我們可以推斷材料性質(zhì)，例如載流子密度、載流子極性、載流子遷移率和材料的導(dǎo)電性。

這項技術(shù)還可用于測量量子霍爾效應(yīng)以及整數(shù)、分數(shù)、自旋、逆自旋等多種衍生效應(yīng)，從而測量二維電子氣 (2DEG) 材料的新物理性質(zhì)。

磁場感應(yīng)

當(dāng)材料性質(zhì)已知時，霍爾效應(yīng)可用于推斷多個數(shù)量級范圍內(nèi)的外部磁場強度?？梢酝ㄟ^向樣本施加直流電壓來執(zhí)行測量，但是通常交流測量的速度更快、結(jié)果更準確。交流測量的其他優(yōu)點還包括精度和靈敏度更高，能夠在更大的測量范圍內(nèi)實現(xiàn)更高信噪比 (SNR)。

圖1.測量霍爾電壓結(jié)構(gòu)圖

如圖1所示，測量需要使用兩個鎖相放大器。賽恩科儀OE1022D是一款雙通道鎖相放大器，擁有2個獨立同步的鎖放單元，一臺鎖相放大器就可以滿足測量需求。

(圖中表示為 LIA A通道)提供恒定交流電壓以使樣本中產(chǎn)生電流。通常情況下，只需放置一個遠大于電路中所有其他電阻之和的限流電阻 RL，即可假定電流在測量過程中保持恒定。測量通過樣本的電流，即可實現(xiàn)更精準的測量。鎖相放大器 1 測量霍爾電壓 VXY，而鎖相放大器 2(圖中表示為 LIA B通道)測量通過樣本的電壓 VXX。

審核編輯 黃宇