霍尔迁移率

设备主要利用微波测试原理，非接触测试半导体材料，石墨烯，透明导电膜，碳纳米管，金属等材料的电学特性。可实现单点测试，亦可以实现面扫描的测试功能，具有快速，无损，准确等优势，可用于材料研发及工艺的监测及质量控制。

详细介绍

一、 产品描述

设备主要利用微波测试原理，非接触测试半导体材料，石墨烯，透明导电膜，碳纳米管，金属等材料的电学特性。可实现单点测试，亦可以实现面扫描的测试功能，具有快速，无损，准确等优势，可用于材料研发及工艺的监测及质量控制。

1.1 工作原理

非接触Hall测试是一种利用微波原理来测试外延片载流子迁移率的测试方法，该方法在测试时利用微波源发射微波通过波导将微波传输至测试样品表面，在磁场作用下具有不同迁移率的样品对微波的反射效果不同，通过探测反射的微波功率再将其转化为对应的电导张量，从而建立模型可以计算出HEMT结构的载流子浓度和迁移率。具体是设备通过微波发生器产生10 GHz的微波，入射样品表面的TE10模的微波，会从测试样品表面处产生两种模式的反射波，一种是和入射波相同模式和极化的TE10反射波，通过探测反射回来的TE10波的功率，通过计算可得测试样品的方块电阻；另外一种反射波是TE11模的波，它是TE10波到达样品表面时，由于样品在磁场作用下的霍尔效应将TE10模旋转90°以TE11模的波返回，通过探测此TE11模微波的功率，通过计算可得出测试样品的载流子迁移率。

该系统使用一个工作在10 GHz的低功率微波源，耦合到一个波导网络，以便将功率引导到被测样品的表面。波导网络的设计是这样允许检测和测量TE10和TE11的传播模式。

正常的TE10入射波用于产生从被测样品中返回的两种反射波。第one波，即反射功率，从样本中返回的反射功率，与入射波处于相同的模式或偏振状态。该反射波的功率被检测、测量，并根据波导系统的总阻抗来计算样品片电阻

样品返回的第二波是由样品在磁场影响下的“霍尔效应"引起的TE11模式。正常的TE10入射波通过这种效应旋转90度，这个功率，即霍尔功率，由系统检测和测量，并用于计算迁移率和载流板密度的剩余输运特性，HALL测试示意图如图2-1所示。

1.2 测试干扰因素

A.不同温度对测试样品的方阻及迁移率有影响，测试环境需恒温；

B.不同光强对样品的迁移率测试结果有影响，测试过程中应关闭设备的遮光罩；

C.振动、磁场、静电等测试环境可对迁移率测试结果产生影响，测试过程应采取严格的屏蔽措施；

D.样品表面、吸附载物台上的颗粒沾污会影响迁移率测试的准确性，测试时应确保样品表面及吸附载物台上无直径大于10μm的大颗粒沾污。

1.3测试结果计算

当TE10模微波传输至样品表面时，在无磁场情况下时，由于样品与波导特征阻抗不匹配，产生反射，微波反射率与样品特征阻抗呈如下关系：

上式里面R---微波反射率

       Zo---波导特征阻抗

       Zs---样品阻抗

微波反射功率RP和入射功率FP的比值为：

样品方阻：

式中h---样品厚度。

当TE10模微波传输至样品表面时，在磁场作用下，样品的霍尔效应使电导张量发生偏转，TE10极化方向的电导张量为σxx，TE11极化方向的电导张量为σxy，则：

式中H---磁场强度。

根据霍尔效应原理，载流子迁移率可由下式计算得出：

二、仪器主要特点

本仪器适用于迁移率量测范围在100 cm2 /V•s ～ 3000 cm2 /V•s 的射频 GaN HEMT 外延片。

本仪器为非接触，非损伤测试，具有测试速度快，重复性佳，测试敏感性高，可以直接测试产品片等优点。

三、仪器技术指标

仪器技术主要指标如表3-1所示。

表3-1