一种新型变温霍尔效应及半导体特性测试仪的制作方法
【专利摘要】一种新型变温霍尔效应及半导体特性测试仪，测试仪包括仪器控制主机、可变温变场样品台和循环散热水箱；可变温变场样品台包括滑轨、设置在滑轨上的磁铁以及固定在滑轨一侧的样品台，磁铁由镂空铝合金框架固定且通过下端的可旋转基座与滑轨连接，样品台包括PCB样品电路板、设置在电路板两侧的水冷模块和加热模块，所述电路板与水冷模块之间设有热电半导体。本测试仪用于提供磁场的铷铁硼强磁安放在变温变场样品台上，磁铁可以旋转提供不同方向的磁场，磁铁可以沿滑轨移动使磁场大小可变；又因为紧贴PCB样品电路板侧面设有热电半导体，可以制冷和制热，所以样品台的温度可以通过主机设定；此外，本测试仪结构简单，生产成本不高、便于推广。
【专利说明】
一种新型变温霍尔效应及半导体特性测试仪
技术领域
[0001]本实用新型涉及量子力学领域，具体涉及一种新型变温霍尔效应及半导体特性测试仪。
【背景技术】
[0002]在半导体上外加与电流方向垂直的磁场，会使得半导体中的电子与空穴受到不同方向的洛伦兹力而在不同方向上聚集，在聚集起来的电子与空穴之间会产生电场，电场强度与洛伦兹力产生平衡之后不再聚集，此时电场将会使后来的电子和空穴受到电场力的作用而平衡掉磁场对其产生的洛伦兹力，使得后来的电子和空穴能顺利通过不会偏移，这个现象称为霍尔效应。霍尔效应的测量是研究半导体性质的重要实验方法，利用霍尔系数和电导率的联合测量，可以用来确定半导体的导电类型和载流子浓度。通过测量霍尔系数与电导率随温度的变化，可以确定半导体的禁带宽度、杂质电离能及迀移率的温度系数等基本参数。
[0003]现有变温霍尔效应测试仪，通常仅为针对常温霍尔效应的测试。用户通过霍尔效应的测试能够了解洛伦兹力在电子输运过程中的作用，能够计算霍尔系数，可以判断试样的载流子类型，了解载流子浓度、迀移率与霍尔系数之间的物理联系等。霍尔效应产生的核心基础是磁场和载流子两方面构成的。而传统霍尔效应测试仪除了展现霍尔效应相关的实验参数外，对这两方面基础物理量的机制探究较少。在磁场方面，传统的霍尔效应测试仪的磁场要么由永磁体提供或由电磁铁提供，若使用永磁体提供磁场则磁场大小恒定，若由电磁铁提供，虽然可以改变磁场大小和方向，但仅提供电磁铁电流与磁场的大小关系，且二者均无实际磁场反馈传感器。在载流子方面，其样品固定，载流子浓度迀移率等参数在室温环境下基本固定，无法对不同类型材料的载流子的产生机理做出探讨。霍尔效应与磁阻效应部分物理条件相似，但传统的霍尔效应实验仪无法同时提供霍尔效应及磁阻效应的测量。霍尔效应在半导体材料中更为明显，但传统的霍尔效应测试仪无法提供禁带宽度等半导体特性参数。虽然也有少部分霍尔效应测试仪提供液氮制冷手段但实现复杂，仪器的购买成本及使用成本十分高昂。
【实用新型内容】
[0004]为解决上述技术问题，本实用新型的目的在于提供了一种新型变温霍尔效应及半导体特性测试仪，以解决现有的变温霍尔效应测试仪磁场无法实时反馈、载流子浓度迀移率等参数在室温环境下基本固定、仪器购买和使用成本过高等缺陷。
[0005]为实现上述目的，本实用新型之一种新型变温霍尔效应及半导体特性测试仪，其特征在于:所述测试仪包括仪器控制主机、可变温变场样品台和循环散热水箱，所述仪器控制主机为12位DAC芯片配合高精度运放提供InA — 200mA的精密电流，低偏置电压运放配合滤波电路采集微弱霍尔信号;所述可变温变场样品台包括滑轨、设置在滑轨上的磁铁以及固定在滑轨一侧的样品台，所述磁铁由镂空铝合金框架固定且通过下端的可旋转基座与滑轨连接，所述样品台包括PCB样品电路板、设置在电路板两侧的水冷模块和加热模块，所述电路板与水冷模块之间设有热电半导体;所述仪器控制主机与可变温变场样品台之间通过导线连接，所述可变温变场样品台与循环散热水箱之间设有导管与循环水栗。
[0006]进一步，所述热电半导体的制冷面紧贴PCB样品电路板，所述热电半导体的制热面紧贴水冷模块，所述热电半导体与PCB样品电路板的接触面以及热电半导体与水冷模块的接触面均涂有导热脂。
[0007]进一步，所述测试仪还包括与PCB样品电路板连接的温度传感器和磁场传感器等电子元件。
[0008]进一步，所述滑轨一端设有手动调节装置。
[0009]进一步，所述磁铁为铷铁硼强磁。
[0010]本实用新型与现有技术相比，其有益效果是:本实用新型的一种新型变温霍尔效应及半导体特性测试仪，用于提供磁场的铷铁硼强磁安放在变温变场样品台上，磁铁由镂空铝合金框架固定并且通过可旋转基座与滑轨连接，磁铁可以旋转意味着可提供不同方向的磁场，磁铁可以沿滑轨移动意味着磁场大小可变;又因为紧贴PCB样品电路板侧面设有热电半导体，可以制冷和制热，所以样品台的温度可以通过主机设定;此外，本测试仪结构简单，生产成本不高、便于推广。
【附图说明】
[0011]图1是本实用新型的可变温变场样品台结构示意图；
[0012]图2是本实用新型的样品台的结构示意图。
[0013]附图序号及名称:1、手动调节装置，2、镂空铝合金框架，3、可旋转基座，4、PCB样品电路板，41、水冷模块，42、热电半导体，43、霍尔元件样品，44、加热模块。
【具体实施方式】
[0014]为详细说明本实用新型之技术内容、构造特征、所达成目的及功效，以下兹例举实施例并配合附图详予说明。
[0015]请参阅图1所示，并结合图2所示，本实用新型提供一种新型变温霍尔效应及半导体特性测试仪，其特征在于:所述测试仪包括仪器控制主机、可变温变场样品台和循环散热水箱，所述仪器控制主机为12位DAC芯片配合高精度运放提供InA—200mA的精密电流，低偏置电压运放配合滤波电路采集微弱霍尔信号;所述可变温变场样品台包括滑轨、设置在滑轨上的磁铁以及固定在滑轨一侧的样品台，所述磁铁为铷铁硼强磁，所述铷铁硼强磁铁由镂空铝合金框架2固定且通过下端的可旋转基座3与滑轨连接，所述样品台包括PCB样品电路板4、设置在电路板4两侧的水冷模块41和加热模块44，所述电路板4与水冷模块41之间设有热电半导体42;所述仪器控制主机与可变温变场样品台之间通过导线连接，所述可变温变场样品台与循环散热水箱之间设有导管与循环水栗。所述热电半导体42的制冷面紧贴PCB样品电路板4，所述热电半导体42的制热面紧贴水冷模块41，所述热电半导体42与PCB样品电路板4的接触面以及热电半导体42与水冷模块41的接触面均涂有导热脂，即在霍尔效应及半导体特性测试仪中采用热电半导体41本身的材料提供降温条件。所述测试仪还包括与PCB样品电路板连接的温度传感器和磁场传感器等电子元件。所述滑轨一端设有手动调节装置I。所述磁铁为铷铁硼强磁。
[0016]变温变场样品台上的温度变化由半导体制冷片提供，导体制冷片可工作在O— 12V电压下，可产生60W制冷功率，其产生冷和热两个面，两个面的温差可达50摄氏度。在本设计中，利用半导体制冷片的特性制作变温样品台，其具体结构见附图1.热电半导体处于水冷头与实验用PCB板之间，其制冷面紧贴PCB样品板，其制热面紧贴水冷散热器，接触面涂以导热脂保证良好的导热性能。在PCB板的另一面，放置焊接好待测样品，温度传感器，磁场传感器，加热模块等电子元件。仪器工作过程中，主机通过导线接口为半导体制冷片提供O — 12V电压，制冷片工作，PCB温度下降，水冷头通过水路接至散热水箱并依靠循环水栗的工作带走热量。该样品台的温度可以通过主机设定，温度反馈采用薄膜电阻，控温过程中通过PID算法调节制冷片与加热模块的输出功率。
[0017]综上所述，仅为本实用新型之较佳实施例，不以此限定本实用新型的保护范围，凡依本实用新型专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆为本实用新型专利涵盖的范围之内。
【主权项】
1.一种新型变温霍尔效应及半导体特性测试仪，其特征在于:所述测试仪包括仪器控制主机、可变温变场样品台和循环散热水箱，所述仪器控制主机为12位DAC芯片配合高精度运放提供InA — 200mA的精密电流，低偏置电压运放配合滤波电路采集微弱霍尔信号;所述可变温变场样品台包括滑轨、设置在滑轨上的磁铁以及固定在滑轨一侧的样品台，所述磁铁由镂空铝合金框架固定且通过下端的可旋转基座与滑轨连接，所述样品台包括PCB样品电路板、设置在电路板两侧的水冷模块和加热模块，所述电路板与水冷模块之间设有热电半导体;所述仪器控制主机与可变温变场样品台之间通过导线连接，所述可变温变场样品台与循环散热水箱之间设有导管与循环水栗。2.根据权利要求1所述的一种新型变温霍尔效应及半导体特性测试仪，其特征在于:所述热电半导体的制冷面紧贴PCB样品电路板，所述热电半导体的制热面紧贴水冷模块，所述热电半导体与PCB样品电路板的接触面以及热电半导体与水冷模块的接触面均涂有导热脂。3.根据权利要求1所述的一种新型变温霍尔效应及半导体特性测试仪，其特征在于:所述测试仪还包括与PCB样品电路板连接的温度传感器和磁场传感器等电子元件。4.根据权利要求1所述的一种新型变温霍尔效应及半导体特性测试仪，其特征在于:所述滑轨一端设有手动调节装置。5.根据权利要求1所述的一种新型变温霍尔效应及半导体特性测试仪，其特征在于:所述磁铁为铷铁硼强磁。
【文档编号】G01R31/26GK205608146SQ201620413215
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年5月9日
【发明人】刘雍, 李武军, 陈英明
【申请人】武汉市蜀汉量子科技有限责任公司