一种薄膜材料电阻率和霍尔效应测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种薄膜材料电阻率和霍尔效应测量装置及方法，其中装置消除探针间距限制的优点，探针台接入设计的电路，通过继电器控制电路通断，电流表电压表可检测待测材料相关参数，将信号上传至单片机，以计算出待测材料电阻率。同时搭配有电源，电磁铁，磁传感器可检测待测材料霍尔效应。本发明专利技术提供的材料电阻率和霍尔效应测量装置实际操作方便，可提高实验效率和精度，降低由于操作造成的误差，功能多样，将继电器应用于对精度要求较高的测量系统中，降低对硬件的需求标准。降低对硬件的需求标准。降低对硬件的需求标准。

【技术实现步骤摘要】
一种薄膜材料电阻率和霍尔效应测量装置及方法


[0001]本专利技术属于测量设备
，尤其涉及一种薄膜材料电阻率和霍尔效应测量装置及方法。

技术介绍

[0002]材料电阻的测量，最初采用两端法或四端法测电阻来表征材料的导电性能。然而材料电阻是随着尺寸变化而变化的，特别地，当一种薄膜材料从三维变化到二维时，电阻率的变化往往是显著的。所以需进一步探索和研究能表征材料内秉性能且不受样品几何尺寸影响的物理量电阻率。同时材料的霍尔效应也是物理性能的重要指标。利用霍尔效应获得迁移率参数不仅是常规的硅材料基本测量手段，而且在分子束外延(MBE)
Ⅲ‑Ⅴ
族材料与工艺表征方面有着广泛的应用。
[0003]传统的四端法如直线四探针法是使用四根排列成排的探针阵列，将其压在待测样品表面来检测电阻。对于薄层样品不同位置，不同厚度，检测精度都会受到影响，因此传统探针阵列一般为笔形，并且用于测量的高精度探针阵列造价高昂，在检测时必须要稳定探针触点，不然就会造成测量结果的迁移，越来越无法满足新的实验要求，也很难用于微区薄层电阻的测量。范德堡法是任意形状薄片样品的电阻率和霍尔效应的重要测量方法，弥补了四探针的不足，但目前市场上并没有相关的设备直接测量。到目前为止，市面上大多数仪器造价高昂，测量步骤较为繁琐，存在由于实验操作失误造成实验误差的潜在问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对现有技术中的不足，提供一种薄膜材料电阻率和霍尔效应测量装置及方法。
[0005]第一方面，本专利技术提供一种薄膜材料电阻率和霍尔效应测量装置，包括单片机；所述单片机的模拟输入端口分别电连接有电流表、电压表和磁传感器；所述单片机的数字输出端口电连接有开关装置，用于根据数字信号通断所述开关装置；所述磁传感器用于检测电磁铁的磁场强度，所述电磁铁的输入端和输出端分别电连接电源的正极和负极；
[0006]所述开关装置包括第一电磁继电器、第二电磁继电器、第三电磁继电器、第四电磁继电器、第五电磁继电器、第六电磁继电器、第七电磁继电器、第八电磁继电器和第九电磁继电器；
[0007]所述第一电磁继电器的常闭输入端电连接所述电流表的输出端，常闭输出端电连接有第一探针，常开输出端分别电连接所述第四电磁继电器的常开输出端和第七电磁继电器的常开输入端；所述电流表的输入端电连接所述电源的正极；所述第五电磁继电器的常开输入端电连接所述电源的负极，常开输出端电连接所述第一探针；所述第四电磁继电器的常开输入端电连接所述电源的负极；所述第七电磁继电器的常开输出端分别电连接所述电压表的输入端、第八电磁继电器的常开输入端和第九电磁继电器的常开输出端；所述第八电磁继电器的常开输出端电连接所述第一探针；所述第九电磁继电器的常开输入端电连
接有第四探针；所述电压表的输出端电连接所述第六电磁继电器的常闭输入端；所述第六电磁继电器的常闭输出端电连接有第二探针，常开输出端电连接有第三探针和所述第四探针；所述第三电磁继电器的常开输入端电连接所述第二探针，常开输出端分别电连接所述第四电磁继电器的常开输入端、第五电磁继电器的常开输入端和第二电磁继电器的常开输出端；所述第二电磁继电器的常开输入端电连接所述第四探针。
[0008]进一步地，所述第一探针、第二探针、第三探针和第四探针插接有探针台，所述探针台的底部固定连接有可升降装置。
[0009]进一步地，所述探针台上设置有加热装置，以对所述探针台上的待测物进行加热。
[0010]进一步地，还包括终端，所述终端的输入端电连接所述单片机的数字输出端口。
[0011]第二方面，本专利技术提供一种薄膜材料电阻率测量方法，所述电阻率测量方法应用于第一方面的测量装置，包括：
[0012]接入待测样品，闭合第二电磁继电器、第七电磁继电器，测出第一探针和第二探针之间的电压；
[0013]计算第一探针和第二探针之间的电阻，断开第二电磁继电器和第七电磁继电器；
[0014]闭合第一电磁继电器、第八电磁继电器和第二电磁继电器，测出第二探针和第三探针之间的电压；
[0015]计算第二探针和第三探针之间的电阻；断开第一电磁继电器、第八电磁继电器和第二电磁继电器；
[0016]闭合第六电磁继电器、第七电磁继电器和第三电磁继电器，测出第三探针和第四探针之间的电压；
[0017]计算第三探针和第四探针之间的电阻；断开第六电磁继电器、第七电磁继电器和第三电磁继电器；
[0018]闭合第六电磁继电器、第八电磁继电器、第一电磁继电器和第三电磁继电器，测出第一探针和第四探针之间的电压；
[0019]计算第一探针和第四探针之间的电阻；断开第六电磁继电器、第八电磁继电器、第一电磁继电器和第三电磁继电器；
[0020]根据第一探针和第二探针之间的电阻、第二探针和第三探针之间的电阻、第三探针和第四探针之间的电阻以及第一探针和第四探针之间的电阻，计算待测样品的电阻；
[0021]根据待测样品的电阻，计算待测样品的电阻率。
[0022]进一步地，所述根据第一探针和第二探针之间的电阻、第二探针和第三探针之间的电阻、第三探针和第四探针之间的电阻以及第一探针和第四探针之间的电阻，计算待测样品的电阻，包括：
[0023]根据以下公式计算待测样品的电阻：
[0024][0025]其中，R
s
为待测样品的电阻；n为第n个探针，n+1＝1,2,3,4；V
n
为第n个探针测量的电压；I为电源输出的电流；为范德堡因子f。
[0026]进一步地，所述根据待测样品的电阻，计算待测样品的电阻率，包括：
[0027]根据以下公式计算待测样品的电阻率：
[0028]ρ＝R
s
d；
[0029]其中，ρ为待测样品的电阻率；R
s
为待测样品的电阻；d为待测样品的厚度。
[0030]第三方面，本专利技术提供一种薄膜材料霍尔效应测量方法，所述霍尔效应测量方法应用于第一方面的测量装置，包括：
[0031]获取待测样品的电阻；
[0032]将电磁铁通电，利用磁传感器获取电磁铁产生磁场的强度；
[0033]闭合第一电磁继电器、第二电磁继电器和第九电磁继电器，测出第一探针和第三探针之间的电压和电流；
[0034]根据第一探针和第三探针之间的电压和电流，计算待测样品的霍尔系数；
[0035]根据待测样品的霍尔系数和电阻，计算待测样品的霍尔迁移率。
[0036]进一步地，所述根据第一探针和第三探针之间的电压和电流，计算待测样品的霍尔系数，包括：
[0037]根据以下公式计算待测样品的霍尔系数：
[0038][0039]其中，R
H
为待测样品的霍尔系数；d为待测样品的厚度；U
13
为第一探针和第三探针之间的电压；I为第一探针和第三探针之间的电流；B为电磁铁产生磁场的强度。
[0040]进一步地，所述根本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种薄膜材料电阻率和霍尔效应测量装置，其特征在于，包括单片机(1)；所述单片机(1)的模拟输入端口分别电连接有电流表(2)、电压表(3)和磁传感器(4)；所述单片机(1)的数字输出端口电连接有开关装置(5)，用于根据数字信号通断所述开关装置(5)；所述磁传感器(4)用于检测电磁铁(6)的磁场强度，所述电磁铁(6)的输入端和输出端分别电连接电源(7)的正极和负极；所述开关装置(5)包括第一电磁继电器(51)、第二电磁继电器(52)、第三电磁继电器(53)、第四电磁继电器(54)、第五电磁继电器(55)、第六电磁继电器(56)、第七电磁继电器(57)、第八电磁继电器(58)和第九电磁继电器(59)；所述第一电磁继电器(51)的常闭输入端电连接所述电流表(2)的输出端，常闭输出端电连接有第一探针(8)，常开输出端分别电连接所述第四电磁继电器(54)的常开输出端和第七电磁继电器(57)的常开输入端；所述电流表(2)的输入端电连接所述电源(7)的正极；所述第五电磁继电器(55)的常开输入端电连接所述电源(7)的负极，常开输出端电连接所述第一探针(8)；所述第四电磁继电器(54)的常开输入端电连接所述电源(7)的负极；所述第七电磁继电器(57)的常开输出端分别电连接所述电压表(3)的输入端、第八电磁继电器(58)的常开输入端和第九电磁继电器(59)的常开输出端；所述第八电磁继电器(58)的常开输出端电连接所述第一探针(8)；所述第九电磁继电器(59)的常开输入端电连接有第四探针(9)；所述电压表(3)的输出端电连接所述第六电磁继电器(56)的常闭输入端；所述第六电磁继电器(56)的常闭输出端电连接有第二探针(10)，常开输出端电连接有第三探针(11)和所述第四探针(9)；所述第三电磁继电器(53)的常开输入端电连接所述第二探针(10)，常开输出端分别电连接所述第四电磁继电器(54)的常开输入端、第五电磁继电器(55)的常开输入端和第二电磁继电器(52)的常开输出端；所述第二电磁继电器(52)的常开输入端电连接所述第四探针(9)。2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述第一探针(8)、第二探针(10)、第三探针(11)和第四探针(9)插接有探针台(12)，所述探针台(12)的底部固定连接有可升降装置(13)。3.根据权利要求2所述的测量装置，其特征在于，所述探针台(12)上设置有加热装置(14)，以对所述探针台(12)上的待测物进行加热。4.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，还包括终端(15)，所述终端(15)的输入端电连接所述单片机(1)的数字输出端口。5.一种薄膜材料电阻率测量方法，其特征在于，所述电阻率测量方法应用于权利要求1
‑
4任一项所述的测量装置，包括：接入待测样品，闭合第二电磁继电器、第七电磁继电器，测出第一探针和第二探针之间的电压；计算第一探针和第二探针之间的电阻，断开第二电磁继电器和第七电磁继电器；闭合第一电磁继电器、第八电磁继电器和第二电磁继电器，测出第二探针...

【专利技术属性】
技术研发人员：张洋恺，吴军，姚京李，李永琪，张瑶，刘开萱，冯旭东，
申请(专利权)人：南京工程学院，
类型：发明
国别省市：