1、中华人民共和国国家标准锦化锢单晶电阻率及霍耳系数胃、测试方法UDC 661. 868. 247 :621.317. 33 GB 11 2 9 7. 7 - 8 9 Test method for resistivity ll监dHalli coefficient in InSb single crystals 品本方法适用于长方体和薄片锦化锢单晶样品的电阻率和霍耳系数的测量。本方法所采用的样品是从锦化锢单晶中切割制备的，在特定位置上施加电极接触，用直流方法测量样品的电阻率和霍耳系数，而后计算该样品的载流子浓度和载流子迁移率。本方法适用于电阻率10-3l020cm的锦化锢单晶样品。1 测量原理1
2、. 1 锦化锢单晶电阻率的测量锦化锢单晶的电阻率可直接测量，是在零磁场条件下测定的。电阻率的定义是材料中平行于电流的电位梯度与电榄密度的比值。图1为测量电阻率的原理电路h L l 2 产_._ _ _ J 3 U l 34 、b图1测量电阻率的原理电路在长方体标准样品两端的电流电极1、2间加恒定的梓品电流I，则样品侧面上的电极接触点3、4间产生电导电压叭，若它们之间的联线平行于电流方向，那么电极接触所在处的电阻率为：u b. h p了一厂”. , . ( 1 ) 式中：一一样品电阻率，m;up一一电导电压，V;I一一样品电流强度，A;b一一样品宽度，m;h一一样品厚度，m;f一一样品电极接触3
3、、4间的距离，m。1. 2 锦化锢单晶霍耳系数的测量中华人民共和国机械电子工业部1988-10-09批准1990-0个01实施GB 11 2 9 7. 7 - 8 9 锦化锢单晶材料的霍耳系数也是直接可测量的。当相互垂直的电场和磁场同时施于校方体标准样品上时（图2），载流子向与电场和磁场均垂直的方向偏转，于是在样品两侧产生横向电位差，即霍耳电压，这种现象叫霍耳效应。霍耳系数的定义是横向霍耳电场的强度与样品电流的密度和磁通密度之积的比值。E R 一一工一. ( 2 ) H Jx B, 式中zRH一一样品的霍耳系数，m3/C1Ey一一霍耳电场的强度，V/m1Jx一一样品电流的密度，A/m21B.一
4、一磁通密度，T。对n型样品，霍耳系数为负值$对型样品，霍耳系数为正值。z y n-InSb p-InSb 。x B l ! 95 6 1 - 3 , ., 4 图2霍耳系数测量原理图、/ Ii 已知样品电流强度I(x方向）和磁通密度B(z方向），若测出霍耳电位差UH(y方向），则可求出样品的霍耳系数RH:UH/b UH. h RH= 7-:- .tT/l. i、D= T-:-ff “. ( 3 ) 式中：RH一一样品的霍耳系数，m3/C,UH一一霍耳电压，V;B一一磁通密度，T;I一一样品电流强度，A1b一一样品的霍耳电极间距，即样品的宽度，m;h一一样品的厚度，m。1. 3 霍耳迁移率霍耳系
5、数的绝对值与电阻率的比值定义为霍耳迁移率zI RH I H一p 式中z阳一一霍耳迁移率，m2/(VS) 1 RH一一样品的霍耳系数，旷Ci. ( 4 ) GB 11 2 9 7 . 7 - 8 9 一一样品的电阻率，Omo1.4 载流子浓度和载流子迁移率锦化锢单晶在77K是具有单一载流子的非本征半导体，霍耳因子为1，从测得的霍耳系数可计算样品的载流子浓度：. ( 5 ) 1 n= RHq 样品的载流子浓度，m3; 样品的霍耳系数，旷C;q一一载流子电量，C。载流子迁移率与霍耳迁移率相同z式中：nRH ( 6 ) . 严H样品的载流子迁移率，m2/(VS)1H一一样品的霍耳迁移率，m2/(VS）
6、。对n型锦化锢，载流子为电子；对p型锦化锢载流子为空穴。测量方法2. 1 测量原理电路2. 1. 1 长方体标准样品的测试电路式中：民2 寸lEllIl2国4一6 样品5 1 3 (5) S1 -2 (2) 、，(3) (4) 一一一一一一一S3 S1 (5) S1-l - (1 一一一一一L一一一一1L 一一一一, G (4) (3) r、(2) L_ Ro (1) 图3长方体标准样品的测试电路S1 电极接触选择开关1S2一电流换向开关1S3电压换向开关1Ro：标准电阻FG 恒流源；V一电位差计检流计系统或者数字电压表薄片样品的测试电路2. 1. 2 GB 11 2 9 7. 7 - 8 9
7、 2 样品3 4 一一- 一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一寸(2) (5) (2) (3) （份。I S1 (2) (3) 4少旦生心山马：I (1) / L_ SI -1 S2 Ro S4 Sa I l _/ G (6) s I -4 I I一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一图4薄片样品的测试电路S1一电极接触选择开关，S2一电流换向开关1Sa一电压换向开关，s一电压选择开关sRo 标准电阻1G恒流摞，v电位盖计检流计系统或者数字电E表2. 2 测量仪器2. 2. 1 磁铁一个经过标定的磁铁，磁通方向可反转，保证被测样品所在区域的磁通密度的均匀性优于士1%，磁场的
8、稳定性为士1%。2.2.2 测量磁通密度的仪器要求测量磁通密度的仪器分辨率不低于o.000 1 T，测量误差小于土1%。2. 2. 3 样品电流源要求在测量过程中，为样品提供稳定度优于士o.5%的稳定电流。2. 2. 4 标准电阻具有和待测样品电阻同一数量级的标准电阻，其精度为0.1%。2. 2. 5 电压测量仪器推荐使用高精度和高输入阻抗的数字电压表，灵敏度l11V，精度优于士0.5%。2. 2. 6 杜瓦瓶和样品架要求杜瓦瓶和样品架均由非铁磁性物质构成，不能因为它们的存在使样品所在位置的磁通密度的变化超过士1%。2. 2. 7霍耳效应测试仪要求能实现有关仪表、样品和电极接触的转换，控制样品
9、电流、磁通密度的大小以及方向，按一定程序测量各有关电压。2.2.s样品几何尺寸测量设备GB 11 2 9 7. 7 - 8 9 样品的几何尺寸可用千分尺、外径千分尺和测距显微镜等测量，精度不低于士1%。2.3 测量条件2. 3. 1 测量环境测量环境没有强电磁场干扰，保证测量系统能正常运行。2. 3. 2 测试样品2. 3. 2. 1 样品的几何形状测试样品为六接触长方体标准样品图5）或正方形薄片样品（图6）。样品自锦化锢单晶键切下，经仔细研磨、去油井用去离子水冲洗。样品形状规则、表面平整、无划痕、无孔洞。a 1 6 5 ,. az h I -.-5 . 6 1 二六.,.!. 一/ 2 3
10、4 a 1 l 34 L az 、。图5六接触长方体标准样品1. 0 cm 1.5n I t 日.:i z日v. IV I 8631 0.725 9.553 0.707 8.653 0.724 9.578 0.101 8.675 0.724 9.602 0.706 8.696 0.723 9.602 0.706 s. 718 0.723 9.627 o. 706 8.729 0.723 9.652 0.705 8. 7 41 0.122 9.676 0.705 s. 763 0.122 9. 701 o. 704 8.785 0.122 9.726 0.704 8.807 0.121 9. 7
11、26 0.704 8.829 o. 721 9. 751 o. 703 8.852 0.120 9,775 0.703 8.874 0.720 9.789 0.703 8. 897 0.719 9.801 0.703 8919 0.719 9.839 0.702 8.942 o. 718 9.852 0.102 8. 953 0.118 9.877 0.701 8. 964 0.718 9.890 0.101 8. 987 0.718 9.902 0: 1Q! 9.010 0.717 | 9.928 0.700 9. 0.33 0.717 | 9,953 0.700 GB 11 2 9 7.
12、7 - 8 9 续表Q /(Q) Q f(Q) 9.966 0.100 99.963 0.404 9.979 0.699 120. 155 0.388 10.005 0.699 139.626 o. 376 10.240 0.695 159.680 o.366 13.978 0.643 179.244 0.358 15.984 0.622 199.549 0.350 17.990 0.604 220.080 0.344 19. 960 0.589 240.201 0.338 22.010 0.575 259. 173 0.333 23.956 0.563 280. 169 0.328 25-9
13、62 0.552 299.069 0.324 28.005 o. 541 319.668 0.320 29.956 o. 533 339.577 0.317 31.979 0.524 358.367 0.314 33. 944 0.517 381.542 0.310 35.942 o.s10 400.229 0.308 37.960 0.503 420.140 0.305 39.981 0.492 441.362 o. 302 41.982 0.491 460. 145 o. 300 43.960 0.486 479.965 0.298 46. 059 0.481 500.937 o. 296
14、 47.912 0.476 518.567 0.294 49.865 0.472 541.754 o. 292 51.926 o. 467 561-310 0.290 53.879 0.463 576.591 0.289 55.932 o. 459 597.785 0.287 o 1. IS4ti o. 4oli 620.046 u. 285 59.849 0.452 637.386 o. 284 61.946 0.449 661.579 0.282 63.861 0.446 680.493 0.281 65.858 0.443 700.095 0.279 67.938 0.440 720.4
15、55 0.278 69.793 0.437 741.606 o. 277 72.043 0.434 756. 138 o. 276 74.049 0.431 778.629 0.274 76.132 0.429 801.998 0.273 77.927 o. 426 818.093 0.212 79-780 0.424 834.605 o. 271 82.083 o. 421 860. 199 o. 270 84.070 0.419 877.807 o. 269 85.706 0.417 895.873 0.268 87.813 0.415 923.949 0.267 89.989 0.413 943.255 0.266 91.783 0.411 963. 104 o. 265 93.624 0.410 983.513 0.264 95.996 0.407 993.833 0.264 97.953 0.406 GB 11297. 7-89 附加说明：本标准由航天工业部8358研究所e和机械电子工业部第十一研究所负责起草。本标准主要起草人徐向东、尹洁。
