[发明专利]一种同时测量霍尔系数和塞贝克系数的装置及方法

说明书

本发明属于半导体材料测试技术领域，具体涉及一种同时测量霍尔系数和塞贝克系数的装置及方法，该装置包括直行滑轨、磁铁组、测试探针和主加热器，直行滑轨两端分别放置有一个磁铁架，每个磁铁架上各设置有一对相同磁铁组，主加热器设置在直行滑轨的上方，待测样品放置在主加热器表面的两片陶瓷片副加热器上，主加热器上还设置有测试探针，电机驱动直行滑轨移动。本发明还公开了采用上述装置测量霍尔系数和塞贝克系数的方法。本发明有效的解决了塞贝克系数测量中对测量形状要求高的问题，能够测量不同大小形状的材料，也实现了在不同温度下的霍尔系数和塞贝克系数的测量，实现了自动化操作，测试精度高。

技术领域

本发明属于半导体材料测试技术领域，具体涉及一种同时测量霍尔系数和塞贝克系数的装置及方法，其能够完成不同温度下霍尔及塞贝克系数的测量。

背景技术

霍尔系数和塞贝克系数作为衡量材料性质的重要参数，在半导体研究领域中起着非常重要作用。通过测量霍尔系数，能够判断半导体材料的导电类型、载流子浓度及载流子迁移率等重要参数，通过霍尔系数随着温度的变化，也能够确定半导体的禁带宽度、杂质电离等性能参数。塞贝克系数作为衡量热电转换性能的重要参数，在广泛关注的热电材料研发中有着重要意义。热电材料的热电转换效率主要取决于优值系数ZT,其表达式为：

其中，α为塞贝克系数，σ为电导率，k为热导率，T为温度。塞贝克系数的大小对热电优值具有重要影响，精确测量材料的塞贝克系数，对于热电材料性能的评定和研究具有重要的实际意义。因此，开发能够测量霍尔系数及塞贝克系数的装置，在半导体及热电材料领域具有重要意义。

目前，霍尔测试仪器已经开发出可以在高压、针对气敏材料和几十微米尺寸样品等不同条件的测试装置，霍尔测试中多采用电磁场装置，电磁场体积庞大，结构复杂，造价较贵，且存在信号噪声，也有相关的专利，但是有些专利中存在手动操作磁铁，没有实现自动化测试，并且在大部分专利中霍尔系数测量并没有相关详细的测试流程及数据处理方案。塞贝克系数测试仪器也开发出相关测试设备，测量方法总体分为直接测量法、静态法和动态法，直接测量法会引入寄生电动势，测量误差较大，静态法测量效率低，对温度难以控制，并且目前大部分装置都是二探针块体材料的测量，当对材料加工有要求，需要薄膜测量时，二探针法并不能完成测量，在此基础上，出现了少数测量薄膜材料的装置，例如专利“一种测量Seebeck系数的装置及其方法：中国,CN105628732A[P].20160601”中提到一种四探针的动态法，更加精确测量了塞贝克系数。但上述装置都只能单一实现测量霍尔系数或者是塞贝克系数，目前并没有发现同一装置可实现测量霍尔系数及塞贝克系数。

由于存在上述缺陷和不足，本领域亟需做出进一步的完善和改进，设计一种测量方法，使其能够同时测量出不同温度下的霍尔系数和塞贝克系数，实现自动化的测量。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种同时测量霍尔系数和塞贝克系数的装置和方法。该测试装置结合了霍尔系数及塞贝克系数在测试中的相似之处，采用四探针结合永久磁铁组完成不同温度下霍尔及塞贝克系数的测量，霍尔系数及电阻率测量采用范德堡法，塞贝克系数测量采用四个探针测试方法，有效的解决了塞贝克系数测量中对测量形状要求高的问题，并改进了传统的霍尔系数测量装置，实现了测量不同大小，不同形状的材料，并且也实现了在不同温度下的霍尔系数和塞贝克系数的测量，将两种测试集中到一台装置上，结构简单，体积较小，节约了成本与空间，该装置实现自动化操作，测试精度高。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种同时测量霍尔系数和塞贝克系数的装置，其特征在于，包括直行滑轨、磁铁组、测试探针和主加热器，

所述直行滑轨两端分别放置有一个磁铁架，每个磁铁架上各设置有一对相同磁铁组，所述磁铁组包括两个永久强磁铁，所述两个永久强磁铁相隔一定距离以N-S方式相对放置，所述两对磁铁组产生大小相同、方向相反的磁场；