CN111474456A - 一种霍尔效应电压确定方法及霍尔测试系统 - Google Patents

一种霍尔效应电压确定方法及霍尔测试系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种霍尔效应电压确定方法及霍尔测试系统，涉及半导体测试技术领域。该霍尔效应电压确定方法包括：采用范德堡法，在施加失调补偿电压的同时，在测试磁场值和测试激励电流值下获取材料样品的电压数据；根据电压数据，计算获得初始霍尔电压；根据电压数据，计算获得霍尔电压校正值；根据初始霍尔电压和霍尔电压校正值，确定材料样品的霍尔效应电压。通过获取材料样品的电压数据，并且根据电压数据计算出表示材料样品的失调电压对霍尔效应电压的影响的霍尔电压校正值，再根据初始霍尔电压和霍尔电压校正值确定材料样品的霍尔效应电压，从而可以大幅降低霍尔测试中失调电压对霍尔效应电压结果的影响，提高所获得的霍尔效应电压的准确度。

Description

一种霍尔效应电压确定方法及霍尔测试系统
技术领域
本发明涉及半导体测试技术领域，具体涉及一种霍尔效应电压确定方法及霍尔测试系统。
背景技术
在分子束外延(MBE)的大规模生产中，为了监控所生长的半导体掺杂外延层材料的掺杂浓度、迁移率等电学参数是否符合设计值，通常可以采用常规的霍尔效应测试方法及系统来测量获取半导体材料样品的霍尔效应电压，并且基于霍尔效应电压计算材料的掺杂浓度、迁移率等电学参数。
在半导体材料样品在结构上为理想的几何形状时，在霍尔效应电压测试过程中施加的磁场为零时，测量获得的霍尔效应电压应该为零。但是，实际测量中测量得到的霍尔效应电压通常不为零，这是由于测量中材料样品的失调电压和热电压等导致的结果。失调电压与材料样品的的几何形状因子、电阻率以及测试激励电流成正比，热电压由两种不同材料接触时产生的热梯度引起。
在常规霍尔效应方法中，对于高迁移率材料，通常失调电压和热电压相对于待测的霍尔效应电压比较小，可以采用在固定磁场下施加直流电流的方法(DC方法)来进行霍尔效应电压测量，通过改变磁场和直流电流的方向测量电压值(电压值的正负号与磁场和直流电流的方向有关)并对结果求和，以消除失调电压和热电压对测量结果的影响。然而，在低迁移率材料中，失调电压与待测的霍尔效应电压大小相当，甚至失调电压大于霍尔效应电压，失调电压会严重影响对霍尔效应电压的测试，导致测量的结果不准确。采用常规的DC方法测试低迁移率材料的霍尔效应电压通常会得到不一致的值甚至符号相反的霍尔电压值，从而导致根据霍尔电压值确定的载流子浓度值偏离正确值，在测量到的霍尔电压值符号相反时，导致所测量的载流子类型(N型或P型)相反，从而导致霍尔测试结果错误。
因此，针对材料样品(特别是低迁移率材料样品)，需要提供一种能够提高所获得的霍尔效应电压的准确度的方法及系统。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述现有技术的不足，提供一种霍尔效应电压确定方法及霍尔测试系统，以解决材料样品(特别是低迁移率材料样品)的所获得的霍尔效应电压的准确度低的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
第一方面，本发明提供了一种霍尔效应电压确定方法，用于确定材料样品的霍尔效应电压，该方法包括：
采用范德堡法，在施加预设失调补偿电压的同时，在预设测试磁场值和预设测试激励电流值下获取材料样品的电压数据，电压数据包括在测试磁场和测试激励电流均沿正向时的第一电压、在测试磁场沿正向并且测试激励电流沿反向时的第二电压、在测试磁场沿反向并且测试激励电流沿反向时的第三电压、以及在测试磁场沿反向并且测试激励电流沿正向时的第四电压，预设失调补偿电压的数值等于y*|M|+(1-y)*|N|，在测试激励电流沿正向时，预设失调补偿电压的符号与M的符号相反，在测试激励电流沿负向时，预设失调补偿电压的符号与N的符号相反，其中0<y<1，|M|和|N|分别表示M和N的绝对值，M为在零磁场下在测试激励电流沿正向时测量材料样品获得的失调电压；N为在零磁场下在测试激励电流沿反向时测量材料样品获得的失调电压；
根据电压数据，计算获得初始霍尔电压，初始霍尔电压用于表示在不考虑材料样品的失调电压对霍尔效应电压影响情况下的霍尔电压；
根据电压数据，计算获得霍尔电压校正值，霍尔电压校正值用于表示材料样品在施加预设失调补偿电压进行失调补偿后的失调电压对霍尔效应电压的影响；
根据初始霍尔电压和霍尔电压校正值，确定材料样品的霍尔效应电压。
可选地，在所述采用范德堡法，在施加预设失调补偿电压的同时，在预设测试磁场值和预设测试激励电流值下获取材料样品的电压数据之前，所述方法还包括：
针对预设测试激励电流范围内的多个测试激励电流值中的每一个电流值，分别采用范德堡法，在预设测试磁场值和该测试激励电流值下获取材料样品的预测试电压数据，以得到多个预测试电压数据，每个预测试电压数据包括在测试磁场和测试激励电流均沿正向时的第一预测试电压、在测试磁场沿正向并且测试激励电流沿反向时的第二预测试电压、在测试磁场沿反向并且测试激励电流沿反向时的第三预测试电压、以及在测试磁场沿反向并且测试激励电流沿正向时的第四预测试电压；
针对所述多个预测试电压数据中的每一个预测试电压数据，计算获得对应的偏差电压数据，偏差电压数据用于表示材料样品的非对称性对范德堡法测试结果的影响；
根据偏差电压数据以及对应的测试激励电流值，采用预设算法，从预设测试激励电流范围中确定预设测试激励电流值，预设算法用于针对预设测试激励电流范围确定在偏差电压数据的绝对值随测试激励电流值的增大而呈现准线性增大的区域中对应的测试激励电流值的最小值区间。
可选地，所述根据偏差电压数据以及对应的测试激励电流值，采用预设算法，从预设测试激励电流范围中确定预设测试激励电流值，包括：
根据偏差电压数据以及对应的测试激励电流值，通过数值拟合算法获得用于表示偏差电压数据与对应的测试激励电流值之间关系的拟合函数关系，拟合函数关系为多项式关系；
确定拟合函数关系中的准线性连续变化区域，准线性连续变化区域表示该区域内偏差电压数据的绝对值随测试激励电流值的增大而增大并且该区域内拟合函数关系曲线斜率的变化率的绝对值小于预设变化率阈值；
确定拟合函数关系在准线性连续变化区域内对应的最小测试激励电流值；
选择与最小测试激励电流值相差小于预设激励电流阈值的测试激励电流值作为预设测试激励电流值。
可选地，初始霍尔电压通过如下式子进行计算：初始霍尔电压＝(第一电压-第二电压+第三电压-第四电压)/4；
霍尔电压校正值通过如下式子进行计算：霍尔电压校正值＝(第一电压+第二电压+第三电压+第四电压)/4；
材料样品的霍尔效应电压通过如下式子进行计算：霍尔效应电压＝初始霍尔电压-霍尔电压校正值。
可选地，针对每一个预测试电压数据，偏差电压数据通过如下式子进行计算：偏差电压数据＝第一预测试电压+第二预测试电压+第三预测试电压+第四预测试电压。
可选地，在所述采用范德堡法，在施加预设失调补偿电压的同时，在预设测试磁场值和预设测试激励电流值下获取材料样品的电压数据之前，所述方法还包括：制备用于确定霍尔效应电压的材料样品，材料样品的形状为正方形，并且材料样品上的接触电极位于正方形的四个角部处。
可选地，材料样品的结构从下至上依次为InP衬底、本征InAlAs缓冲层和铍掺杂的P型InAlAs层，P型InAlAs层上设置有点状的接触电极。
可选地，P型InAlAs层的掺杂浓度小于1×1018cm-3，材料样品上的接触电极的金属采用铟锌合金，并且在410℃至450℃的温度下退火50秒至70秒，以形成欧姆接触。
可选地，预设测试激励电流范围为0.002mA至0.2mA，并且所述多个测试激励电流值中包括最小测试激励电流值和最大测试激励电流值，最小测试激励电流值在0.002mA至0.01mA的范围内，最大测试激励电流值在0.05mA至0.2mA的范围内；拟合函数关系为4次多项式关系。
第二方面，本发明还提供了一种霍尔测试系统，该霍尔测试系统利用根据第一方面所述的霍尔电压确定方法来确定材料样品的霍尔效应电压。
本发明的有益效果包括：
本发明提供的霍尔效应电压确定方法包括：采用范德堡法，在施加预设失调补偿电压的同时，在预设测试磁场值和预设测试激励电流值下获取材料样品的电压数据，电压数据包括在测试磁场和测试激励电流均沿正向时的第一电压、在测试磁场沿正向并且测试激励电流沿反向时的第二电压、在测试磁场沿反向并且测试激励电流沿反向时的第三电压、以及在测试磁场沿反向并且测试激励电流沿正向时的第四电压；根据电压数据，计算获得初始霍尔电压，初始霍尔电压用于表示在不考虑材料样品的失调电压对霍尔效应电压影响情况下的霍尔电压；根据电压数据，计算获得霍尔电压校正值，霍尔电压校正值用于表示材料样品的失调电压对霍尔效应电压的影响；根据初始霍尔电压和霍尔电压校正值，确定材料样品的霍尔效应电压。通过获取电压数据，并且根据电压数据计算出表示材料样品的失调电压对霍尔效应电压的影响的霍尔电压校正值，再根据初始霍尔电压和霍尔电压校正值确定材料样品的霍尔效应电压，从而可以大幅降低霍尔测试中失调电压对霍尔效应电压结果的影响，提高所获得的霍尔效应电压的准确度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本发明一实施例提供的霍尔效应电压确定方法的流程示意图；
图2示出了根据本发明实施例进行霍尔效应电压测试的状态示意图；
图3示出了本发明另一实施例提供的霍尔效应电压确定方法的流程示意图；
图4示出了本发明实施例提供的确定预设测试激励电流值的方法的流程示意图；
图5示出了根据图4中所示的方法获得的偏差电压随测试激励电流值变化的曲线图；
图6示出了图5中的曲线的斜率变化率随测试激励电流值变化的关系图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在半导体材料样品在结构上为理想的几何形状时，在霍尔效应电压测试过程中施加的磁场为零时，测量获得的霍尔效应电压应该为零。但是，实际测量中测量得到的霍尔效应电压通常不为零，这是由于测量中材料样品的失调电压和热电压等导致的结果。失调电压与材料样品的的几何形状因子、电阻率以及测试激励电流成正比，热电压由两种不同材料接触时产生的热梯度引起。在常规霍尔效应方法中，对于高迁移率材料，通常失调电压和热电压相对于待测的霍尔效应电压比较小，可以采用在固定磁场下施加直流电流的方法(DC方法)来进行霍尔效应电压测量，通过改变磁场和直流电流的方向测量电压值(电压值的正负号与磁场和直流电流的方向有关)并对结果求和，以消除失调电压和热电压对测量结果的影响。然而，在低迁移率材料中，失调电压与待测的霍尔效应电压大小相当，甚至失调电压大于霍尔效应电压，失调电压会严重影响对霍尔效应电压的测试，导致测量的结果不准确。采用常规的DC方法测试低迁移率材料的霍尔效应电压通常会得到不一致的值甚至符号相反的霍尔电压值，从而导致根据霍尔电压值确定的载流子浓度值偏离正确值，在测量到的霍尔电压值符号相反时，导致所测量的载流子类型(N型或P型)相反，从而导致霍尔测试结果错误。因此，针对材料样品(特别是低迁移率材料样品)，需要提供一种能够提高所获得的霍尔效应电压的准确度的方法及系统。
图1示出了本发明一实施例提供的霍尔效应电压确定方法的流程示意图。如图1所示，本发明实施例提供的霍尔效应电压确定方法，用于确定材料样品的霍尔效应电压，该方法包括：
步骤101、采用范德堡法，在施加预设失调补偿电压的同时，在预设测试磁场值和预设测试激励电流值下获取材料样品的电压数据。
其中，电压数据包括在测试磁场和测试激励电流均沿正向时的第一电压、在测试磁场沿正向并且测试激励电流沿反向时的第二电压、在测试磁场沿反向并且测试激励电流沿反向时的第三电压、以及在测试磁场沿反向并且测试激励电流沿正向时的第四电压，预设失调补偿电压的数值等于y*|M|+(1-y)*|N|，在测试激励电流沿正向时，预设失调补偿电压的符号与M的符号相反，在测试激励电流沿负向时，预设失调补偿电压的符号与N的符号相反，其中0<y<1，|M|和|N|分别表示M和N的绝对值，M为在零磁场下在测试激励电流沿正向时测量材料样品获得的失调电压；N为在零磁场下在测试激励电流沿反向时测量材料样品获得的失调电压。
采用范德堡法获取样品的电压数据的过程将结合图2进行说明。应当理解，图2中所示的样品形状仅仅是示例性的，本发明实施例还可以采用其他合适的霍尔测试样品形状。
如图2所示，例如，待测的材料样品为方形，在样品边缘的四个角部处分别设置有接触电极11、12、13和14。例如，可以在电极11与电极13施加激励电流I13，垂直材料样品待测表面方向施加测试磁场B，并且测量电极12与电极14之间的电压V24。例如，可以约定，激励电流I13从电极11至电极13的方向为正向(也就是图2中当前所示的电流方向)，从电极13至电极11的方向为反向。磁场B朝向纸面内的方向为正向(也就是图2中当前所示的磁场方向)，朝向纸面外的方向为反向。在预设测试磁场值(例如，1特斯拉)和预设测试激励电流值(例如，1mA)下，不改变磁场值与电流值，通过改变磁场施加的方向和电流施加的方向，可以分别获得不同的电压值V24。
首先，在施加磁场B为零时，沿正向施加预设测试激励电流值，此时测量得到的V24即为该情况下的失调电压M；接着沿反向施加预设测试激励电流值，此时测量得到的V24即为该情况下的失调电压N。
根据y*|M|+(1-y)*|N|和M的符号来确定预设失调补偿电压，其中0<y<1，将该预设失调补偿电压施加在电极12与电极14两端(应当注意，在电流和/或磁场变换方向的过程中，预设失调补偿电压的取值以及方向均不变)，通过施加预设失调补偿电压来进行失调电压补偿。y的取值可以例如为0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8或0.9，优选地，y的取值可以为0.4、0.5或0.6，更优选地，y的取值为0.5。具体地，由于y*|M|+(1-y)*|N|的取值介于|M|与|N|之间，并且在测试激励电流沿正向时，预设失调补偿电压的符号与M的符号相反，在测试激励电流沿负向时，预设失调补偿电压的符号与N的符号相反，因此在施加预设失调补偿电压以进行失调电压补偿之后，沿正向施加预设测试激励电流值时的等效失调电压为M-|M|/M*[y*|M|+(1-y)*|N|]；沿反向施加预设测试激励电流值时的等效失调电压为N-|N|/N*[y*|M|+(1-y)*|N|]。通常情况下，M和N是符号相反，并且|M|与|N|相差不大(|M|与|N|之差的绝对值小于|M|并且小于|N|)的两个数，因此可以推知进行失调电压补偿之后，沿正向或反向施加预设测试激励电流值时的等效失调电压的绝对值均小于进行失调电压补偿之前失调电压，因此进行失调电压补偿可以减小失调电压对测量结果的影响。
假设M的符号为正，N的符号为负，则沿正向施加预设测试激励电流值时的等效失调电压简化为(1-y)*(M+N)；沿反向施加预设测试激励电流值时的等效失调电压简化为y*(M+N)，在该情况下，由于0<y<1，因此可以获知沿正向或反向施加预设测试激励电流值时的等效失调电压的符号均与(M+N)的符号相同。同理，如果假设M的符号为负，N的符号为正，则沿正向施加预设测试激励电流值时的等效失调电压简化为(1-y)*(M+N)；沿反向施加预设测试激励电流值时的等效失调电压简化为y*(M+N)，由于0<y<1，因此可以获知沿正向或反向施加预设测试激励电流值时的等效失调电压的符号均与(M+N)的符号相同。综上所述，无论M和N的符号如何，可以获知沿正向或反向施加预设测试激励电流值时的等效失调电压的符号彼此相同，且均为(M+N)的符号。
最后，如上所述，在电极12与电极14两端，施加预设失调补偿电压的同时，在预设测试磁场值和预设测试激励电流值下可以获取材料样品的电压数据，具体地，可以获得的电压数据V24包括在测试磁场和测试激励电流均沿正向时的第一电压V24-1、在测试磁场沿正向并且测试激励电流沿反向时的第二电压V24-2、在测试磁场沿反向并且测试激励电流沿反向时的第三电压V24-3、以及在测试磁场沿反向并且测试激励电流沿正向时的第四电压V24-4。
步骤102、根据电压数据，计算获得初始霍尔电压，初始霍尔电压用于表示在不考虑材料样品的失调电压对霍尔效应电压影响情况下的霍尔电压。
在根据步骤101获得电压数据之后，可以计算获得初始霍尔电压，可选地，初始霍尔电压通过如下式子进行计算：初始霍尔电压＝(第一电压-第二电压+第三电压-第四电压)/4。对于常规高迁移率材料样品，由于失调电压较小，通过如此计算获得的初始霍尔电压可以消除热电压的影响，因此，初始霍尔电压即可以作为最终的霍尔效应电压。然而，对于低迁移率材料(例如，迁移率小于30cm2/V.s，特别是小于10cm2/V.s)，失调电压已经和该初始霍尔电压大小相当，甚至失调电压已经大于该初始霍尔电压，失调电压对于初始霍尔电压的影响已经非常大。因此，在计算获得该初始霍尔电压之后，还需要进行数据校正。
步骤103、根据电压数据，计算获得霍尔电压校正值，霍尔电压校正值用于表示材料样品在施加预设失调补偿电压进行失调补偿后的失调电压对霍尔效应电压的影响。
在施加预设失调补偿电压进行失调补偿后的失调电压较大(相对于初始霍尔电压)时，可以根据电压数据，计算获得用于表示材料样品在施加预设失调补偿电压进行失调补偿后的失调电压对霍尔效应电压的影响的霍尔电压校正值。应当理解，对于在施加预设失调补偿电压进行失调补偿后的失调电压较小(相对于初始霍尔电压)的情况，也可以进行步骤103，此时计算获得的霍尔电压校正值相对于初始霍尔电压非常小，可以忽略。因此，对于常规的高迁移率材料，将上述测量获得的初始霍尔电压作为最终的霍尔效应电压在准确度上是可以接受的。
可选地，霍尔电压校正值通过如下式子进行计算：霍尔电压校正值＝(第一电压+第二电压+第三电压+第四电压)/4。对于高迁移率材料，理想情况下，第一电压+第二电压+第三电压+第四电压＝0，然而，对于低迁移率材料，第一电压+第二电压+第三电压+第四电压之和不等于0，可以将(第一电压+第二电压+第三电压+第四电压)/4作为用于表示材料样品的失调电压对霍尔效应电压的影响的霍尔电压校正值，原因如下：
在进行步骤101中所述的测试时，在测试磁场和测试激励电流均沿正向时的第一电压可以表示为V24-1＝VH+Vm1+ΔVH1；其中，VH为期望获得的霍尔效应电压，Vm1为测试激励电流正向时进行失调电压补偿后的失调电压，ΔVH1为进行失调电压补偿后的失调电压Vm1的存在对VH的影响(在VH与Vm1同方向时，失调补偿电压与VH反向，则失调补偿电压会促进霍尔载流子的运动，从而使实际的霍尔电压比期望获得的霍尔电压值VH偏大，在VH与Vm1方向相反时，失调补偿电压与VH同向，则失调补偿电压会阻碍霍尔载流子的运动，从而使实际的霍尔电压比期望获得的霍尔电压值VH偏小，因此，在VH与Vm1同方向时，ΔVH1前面的符号为正；在VH与Vm1方向相反时，ΔVH1前面的符号为负)。需要说明的是，由于热电压可以在初试霍尔电压的计算过程中消除，因此，此处不再涉及热电压。
在测试磁场沿正向并且测试激励电流沿反向时的第二电压可以表示为V24-2＝-VH+Vm2-ΔVH2，Vm2为测试激励电流反向时进行失调电压补偿后的失调电压，ΔVH2为进行失调电压补偿后的失调电压Vm2的存在对VH的影响；此时由于电流反向，霍尔效应电压变为-VH。从前文所述中可知，沿正向或反向施加预设测试激励电流值时的等效失调电压的符号彼此相同，因此，可知Vm2的符号与Vm1的符号一致。依此类推，在测试磁场沿反向并且测试激励电流沿反向时的第三电压可以表示为V24-3＝VH+Vm2+ΔVH2。在测试磁场沿反向并且测试激励电流沿正向时的第四电压可以表示为V24-4＝-VH+Vm1-ΔVH1。可以合理地认为Vm1在数值上与ΔVH1相关，也就是ΔVH1＝g1*Vm1，其中0<g1≤1；同样合理地认为Vm2在数值上与ΔVH2相关，也就是ΔVH2＝g2*Vm2，其中0<g2≤1。理想地，可以认为g1＝g2＝g，其中0<g≤1，此时：ΔVH1＝g*Vm1，ΔVH2＝g*Vm2。特别地，在g＝1，并且y＝0.5时，Vm1＝ΔVH1＝Vm2＝ΔVH2。因此，综上所述，V24-1＝VH+(1+g)Vm1；V24-2＝-VH+(1-g)Vm2；V24-3＝VH+(1+g)Vm2；V24-4＝-VH+(1-g)Vm1，其中0<g≤1，应当理解，如上所述，为了说明简单起见，此处式子中省略了热电压对测量结果的影响。
因此，(第一电压+第二电压+第三电压+第四电压)/4＝(Vm1+Vm2)/2；而初始霍尔电压＝(V24-1-V24-2+V24-3-V24-4)/4＝VH+g*(Vm1+Vm2)/2。如此，VH＝(V24-1-V24-2+V24-3-V24-4)/4-g*(第一电压+第二电压+第三电压+第四电压)/4，其中0<g≤1，可以看出，可以将g*(第一电压+第二电压+第三电压+第四电压)/4作为用于表示材料样品的失调电压对霍尔效应电压的影响的霍尔电压校正值，其中0<g≤1。通常情况下，失调电压相对于霍尔效应电压越大，g值越大，在失调电压与霍尔效应电压同等量级或失调电压更大时，g＝1。特别地，当g＝1时，VH＝(V24-1-V24-2+V24-3-V24-4)/4-(第一电压+第二电压+第三电压+第四电压)/4，此时，可以将(第一电压+第二电压+第三电压+第四电压)/4作为用于表示材料样品的失调电压对霍尔效应电压的影响的霍尔电压校正值。
步骤104、根据初始霍尔电压和霍尔电压校正值，确定材料样品的霍尔效应电压。
可选地，材料样品的霍尔效应电压通过如下式子进行计算：霍尔效应电压＝初始霍尔电压-霍尔电压校正值，如此计算获得的霍尔效应电压具有高的准确度，具体原因如步骤103部分中的论述。
因此，通过获取电压数据，并且根据电压数据计算出表示材料样品的失调电压对霍尔效应电压的影响的霍尔电压校正值，再根据初始霍尔电压和霍尔电压校正值确定材料样品的霍尔效应电压，从而可以大幅降低霍尔测试中失调电压对霍尔效应电压结果的影响，提高所获得的霍尔效应电压的准确度。
从以上步骤可以看出，可以直接在现有针对高迁移率材料进行测试的DC方法测试平台上实现上述测试过程，并且根据测试结果进行计算以获得经过校正的霍尔效应电压。该方法无需另外准备单独的测试平台，通常几十分钟即可完成整个测试过程，并且所获得的霍尔效应电压准确度高。
图3示出了本发明另一实施例提供的霍尔效应电压确定方法的流程示意图。如图3所示，所述方法包括：
步骤201、针对预设测试激励电流范围内的多个测试激励电流值中的每一个电流值，分别采用范德堡法，在预设测试磁场值和该测试激励电流值下获取材料样品的预测试电压数据，以得到多个预测试电压数据，每个预测试电压数据包括在测试磁场和测试激励电流均沿正向时的第一预测试电压、在测试磁场沿正向并且测试激励电流沿反向时的第二预测试电压、在测试磁场沿反向并且测试激励电流沿反向时的第三预测试电压、以及在测试磁场沿反向并且测试激励电流沿正向时的第四预测试电压。
步骤202、针对所述多个预测试电压数据中的每一个预测试电压数据，计算获得对应的偏差电压数据，偏差电压数据用于表示材料样品的非对称性对范德堡法测试结果的影响。
步骤203、根据偏差电压数据以及对应的测试激励电流值，采用预设算法，从预设测试激励电流范围中确定预设测试激励电流值，预设算法用于针对预设测试激励电流范围确定在偏差电压数据的绝对值随测试激励电流值的增大而呈现准线性增大的区域中对应的测试激励电流值的最小值区间。该最小值区间表示包括测试激励电流值的最小值的小区间，如下文所述，该小区间的具体范围大小根据预设激励电流阈值来确定。
可选地，如图4所示，步骤203可以包括：步骤2031、根据偏差电压数据以及对应的测试激励电流值，通过数值拟合算法获得用于表示偏差电压数据与对应的测试激励电流值之间关系的拟合函数关系，拟合函数关系为多项式关系；步骤2032、确定拟合函数关系中的准线性连续变化区域，准线性连续变化区域表示该区域内偏差电压数据的绝对值随测试激励电流值的增大而增大并且该区域内拟合函数关系曲线斜率的变化率的绝对值小于预设变化率阈值；步骤2033、确定拟合函数关系在准线性连续变化区域内对应的最小测试激励电流值；步骤2034、选择与最小测试激励电流值相差小于预设激励电流阈值的测试激励电流值作为预设测试激励电流值。可选地，针对每一个预测试电压数据，偏差电压数据通过如下式子进行计算：偏差电压数据＝第一预测试电压+第二预测试电压+第三预测试电压+第四预测试电压。
步骤204至步骤207分别与步骤101至步骤104相同，在此不再赘述。
可选地，在所述采用范德堡法，在施加预设失调补偿电压的同时，在预设测试磁场值和预设测试激励电流值下获取材料样品的电压数据之前，所述方法还包括：制备用于确定霍尔效应电压的材料样品，材料样品的形状为正方形，并且材料样品上的接触电极位于正方形的四个角部处。
可选地，材料样品的结构从下至上依次为InP衬底、本征InAlAs缓冲层和铍掺杂的P型InAlAs层，P型InAlAs层上设置有点状的接触电极。
可选地，P型InAlAs层的掺杂浓度小于1×1018cm-3，材料样品上的接触电极的金属采用铟锌合金，并且在410℃至450℃的温度下退火50秒至70秒，以形成欧姆接触。
可选地，预设测试激励电流范围为0.002mA至0.2mA，并且所述多个测试激励电流值中包括最小测试激励电流值和最大测试激励电流值，最小测试激励电流值在0.002mA至0.01mA的范围内，最大测试激励电流值在0.05mA至0.2mA的范围内；拟合函数关系为4次多项式关系。
具体地，下面将以上述结构的P型InAlAs层为待测材料为例来说明本发明实施例提供的霍尔效应电压确定方法，通过本发明实施例提供的方法来确定P型InAlAs层的霍尔效应电压，进而根据所确定的霍尔效应电压可以计算出P型InAlAs层的掺杂浓度。具体地，InP衬底上的本征InAlAs缓冲层的厚度范围可以为100nm至400nm，例如，100nm、200nm、300nm或400nm；铍掺杂的P型InAlAs层的厚度范围可以为200nm至500nm，例如，200nm、300nm、400nm或500nm。
应当理解，如下关于P型InAlAs层霍尔效应电压确定的详细过程仅仅是示例性的，如下示例中所采用的数值或者数值范围可以替换为上述描述范围内的其他数值或数值范围。
例如利用分子束外延所制备的待测材料P型InAlAs层的预期理想掺杂浓度为约8.1×1017～8.3×1017cm-3，采用常规DC方法测量得到的结果常常出现负的霍尔效应电压(该负的霍尔效应电压测量结果表明样品为N型，因此该负的霍尔效应电压测量结果明显有误)，此时，可以采用本发明实施例提供的霍尔效应确定方法来确定霍尔效应电压，进而计算获得掺杂浓度。
首先确定预设测试磁场值例如取0.5特斯拉，并且确定预设测试激励电流范围为0.002mA至0.2mA，从中选取多个测试激励电流值(也就是图2所示的I13)，具体例如选取0.0029mA、0.0058mA、0.0086mA、0.0144mA、0.028mA、0.043mA、0.057mA、0.086mA和0.115mA九个测试激励电流值。针对每一个测试激励电流值，分别在零磁场下测量正反向电流下的失调电压(也就是图2所示的，在零磁场下，测量V24的测量结果)，假设电流正向时V24的测量结果为M，假设电流反向时V24的测量结果为N，取y*|M|+(1-y)*|N|作为施加该测试激励电流值进行测试时在电极12端与电极14端上施加的失调补偿电压的值，其中0<y<1，|M|和|N|分别表示M和N的绝对值，特别地，例如，取y＝0.5，则取0.5*|M|+0.5*|N|作为施加该测试激励电流值进行测试时在电极12端与电极14端上施加的失调补偿电压的值，并且在测试激励电流沿正向时，该失调补偿电压的符号与M的符号相反，在测试激励电流沿负向时，该失调补偿电压的符号与N的符号相反。
针对每一个测试激励电流值，在电极12端与电极14端施加上述失调补偿电压的同时，分别测试获得步骤101中所述的第一电压V24-1、第二电压V24-2、第三电压V24-3、以及第四电压V24-4，计算获得该测试激励电流值所对应的偏差电压数据(也就是图5中纵轴所示的偏差电压)，具体地，偏差电压Vp＝V24-1+V24-2+V24-3+V24-4。偏差电压随着测试激励电流值的变化趋势如图5中的实心数据点所示。可以采用数值拟合算法(例如最小二乘法)对这些数据点的变化趋势进行数值拟合以获得偏差电压与测试激励电流值之间的拟合函数关系，具体地，拟合函数关系可以为多项式关系，更具体地，该拟合函数关系可以为4次多项式关系，对于图5中所示的数据点，采用4次多项式关系进行拟合获得的关系为y＝-141.9x4+42.59x3-4.098x2-0.002x-0.00006，其中x表示测试激励电流值，y表示对应的偏差电压，拟合相关系数R2＝1，表示拟合程度非常好。如图5所示，从所获得的4次多项式关系曲线中可以看出，该关系曲线可以划分为x取值从0到某一个值之间的非线性区域A1以及x取值从所述的某一个值到测试激励电流值的最大值(或者比最大值小的另一值)之间的准线性连续变化区域A2。理想地，偏差电压数据随激励电流成线性关系，但是在电流较小时，也就是在区域A1中，由于系统噪声导致测量误差较大等原因，在区域A1中的偏差电压数据不可靠。在区域A2中，随着激励电流的增大，偏差电压近似线性增大。然而，随着偏差电压增大，对测量霍尔效应电压造成的不利影响也越大，因此，为了提高最终确定的霍尔效应电压的准确度，如上文中所述，需要找出区域A2中激励电流的最小值区间，从而在该区间中选择激励电流值作为获取电压数据时的预设激励电流值。可以通过计算拟合函数关系曲线斜率的变化率的绝对值小于预设变化率阈值来确定该准线性连续变化区域A2。图5所示的4次多项式关系曲线斜率的变化率如图6所示。在斜率的变化率为零的区域为理想线性区域，因此，曲线在某一区域的斜率的变化率的绝对值越接近零，则该区域越接近理想线性区域。
对于本发明实施例提供的上述测试材料样品，预设变化率阈值例如可以设为2。对于其他材料样品，预设变化率阈值的具体数值可以根据其偏差电压随测试激励电流值的曲线轮廓来确定。在预设变化率阈值为2时，测试激励电流值在0.03mA至0.115mA范围内的区域为准线性连续变化区域。该准线性连续变化区域内的最小测试激励电流值为0.03mA。预设激励电流阈值越小，预设测试激励电流值的可选范围则越小，考虑到常规设备施加电流的精度，例如，可以设定预设激励电流阈值为0.002mA。然后选择与最小测试激励电流值相差小于预设激励电流阈值的测试激励电流值作为预设测试激励电流值。此时，可以选择0.028mA至0.032mA内(该区间范围也就是步骤203中所述的最小值区间)的任何值作为预设测试激励电流值。例如，可以选择预设测试激励电流值为0.028mA。至此，已经确定了预设测试激励电流值，应当注意，预设测试磁场值为先前已经确定的0.5特斯拉。然后在0.5特斯拉的预设测试磁场值以及0.028mA的预设测试激励电流值条件下，根据步骤101至步骤104来确定霍尔效应电压，由于测试中失调电压较大，在利用步骤101至步骤104确定霍尔效应电压时，霍尔电压校正值中的g＝1，也就是说将(第一电压+第二电压+第三电压+第四电压)/4作为霍尔电压校正值。对于本发明实施例提供的上述P型InAlAs材料样品，最终确定的霍尔效应电压为0.318mV，对应计算获得的掺杂浓度为8.26×1017cm-3，该计算结果在预期理想掺杂浓度范围内，表明测量结果准确度高。
另外，本发明实施例还提供了一种霍尔测试系统，该霍尔测试系统利用根据本发明上述实施例所提供的霍尔电压确定方法来确定材料样品的霍尔效应电压。具体地，该霍尔测试系统可以包括磁体、电流源、电压测量装置、控制器和处理器等，其中控制器根据本发明上述实施例所提供的霍尔电压确定方法对霍尔测试系统进行控制以获取电压数据，处理器根据本发明上述实施例所提供的霍尔电压确定方法对所获取的电压数据进行处理以得到霍尔效应电压。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让本领域普通技术人员能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰,都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种霍尔效应电压确定方法，其特征在于，用于确定材料样品的霍尔效应电压，所述方法包括：
采用范德堡法，在施加预设失调补偿电压的同时，在预设测试磁场值和预设测试激励电流值下获取所述材料样品的电压数据，所述电压数据包括在测试磁场和测试激励电流均沿正向时的第一电压、在测试磁场沿正向并且测试激励电流沿反向时的第二电压、在测试磁场沿反向并且测试激励电流沿反向时的第三电压、以及在测试磁场沿反向并且测试激励电流沿正向时的第四电压，所述预设失调补偿电压的数值等于y*|M|+(1-y)*|N|，在测试激励电流沿正向时，所述预设失调补偿电压的符号与M的符号相反，在测试激励电流沿负向时，所述预设失调补偿电压的符号与N的符号相反，其中0<y<1，|M|和|N|分别表示M和N的绝对值，M为在零磁场下在测试激励电流沿正向时测量所述材料样品获得的失调电压；N为在零磁场下在测试激励电流沿反向时测量所述材料样品获得的失调电压；
根据所述电压数据，计算获得初始霍尔电压，所述初始霍尔电压用于表示在不考虑所述材料样品的失调电压对霍尔效应电压影响情况下的霍尔电压；
根据所述电压数据，计算获得霍尔电压校正值，所述霍尔电压校正值用于表示所述材料样品在施加所述预设失调补偿电压进行失调补偿后的失调电压对霍尔效应电压的影响；
根据所述初始霍尔电压和所述霍尔电压校正值，确定所述材料样品的霍尔效应电压。
2.根据权利要求1所述的霍尔效应电压确定方法，其特征在于，在所述采用范德堡法，在施加预设失调补偿电压的同时，在预设测试磁场值和预设测试激励电流值下获取所述材料样品的电压数据之前，所述方法还包括：
针对预设测试激励电流范围内的多个测试激励电流值中的每一个电流值，分别采用范德堡法，在预设测试磁场值和该测试激励电流值下获取所述材料样品的预测试电压数据，以得到多个预测试电压数据，每个所述预测试电压数据包括在测试磁场和测试激励电流均沿正向时的第一预测试电压、在测试磁场沿正向并且测试激励电流沿反向时的第二预测试电压、在测试磁场沿反向并且测试激励电流沿反向时的第三预测试电压、以及在测试磁场沿反向并且测试激励电流沿正向时的第四预测试电压；
针对所述多个预测试电压数据中的每一个预测试电压数据，计算获得对应的偏差电压数据，所述偏差电压数据用于表示材料样品的非对称性对范德堡法测试结果的影响；
根据所述偏差电压数据以及对应的测试激励电流值，采用预设算法，从所述预设测试激励电流范围中确定预设测试激励电流值，所述预设算法用于针对所述预设测试激励电流范围确定在所述偏差电压数据的绝对值随测试激励电流值的增大而呈现准线性增大的区域中对应的测试激励电流值的最小值区间。
3.根据权利要求2所述的霍尔效应电压确定方法，其特征在于，所述根据所述偏差电压数据以及对应的测试激励电流值，采用预设算法，从所述预设测试激励电流范围中确定预设测试激励电流值，包括：
根据所述偏差电压数据以及对应的测试激励电流值，通过数值拟合算法获得用于表示所述偏差电压数据与对应的测试激励电流值之间关系的拟合函数关系，所述拟合函数关系为多项式关系；
确定所述拟合函数关系中的准线性连续变化区域，所述准线性连续变化区域表示该区域内所述偏差电压数据的绝对值随测试激励电流值的增大而增大并且该区域内的拟合函数关系曲线斜率的变化率的绝对值小于预设变化率阈值；
确定所述拟合函数关系在所述准线性连续变化区域内对应的最小测试激励电流值；
选择与所述最小测试激励电流值相差小于预设激励电流阈值的测试激励电流值作为预设测试激励电流值。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的霍尔效应电压确定方法，其特征在于，所述初始霍尔电压通过如下式子进行计算：初始霍尔电压＝(第一电压-第二电压+第三电压-第四电压)/4；
所述霍尔电压校正值通过如下式子进行计算：霍尔电压校正值＝(第一电压+第二电压+第三电压+第四电压)/4；
所述材料样品的霍尔效应电压通过如下式子进行计算：霍尔效应电压＝初始霍尔电压-霍尔电压校正值。
5.根据权利要求2或3所述的霍尔效应电压确定方法，其特征在于，针对每一个预测试电压数据，所述偏差电压数据通过如下式子进行计算：偏差电压数据＝第一预测试电压+第二预测试电压+第三预测试电压+第四预测试电压。
6.根据权利要求3所述的霍尔效应电压确定方法，其特征在于，在所述采用范德堡法，在施加预设失调补偿电压的同时，在预设测试磁场值和预设测试激励电流值下获取所述材料样品的电压数据之前，所述方法还包括：
制备用于确定霍尔效应电压的材料样品，所述材料样品的形状为正方形，并且所述材料样品上的接触电极位于正方形的四个角部处。
7.根据权利要求6所述的霍尔效应电压确定方法，其特征在于，所述材料样品的结构从下至上依次为InP衬底、本征InAlAs缓冲层和铍掺杂的P型InAlAs层，所述P型InAlAs层上设置有点状的接触电极。
8.根据权利要求7所述的霍尔效应电压确定方法，其特征在于，所述P型InAlAs层的掺杂浓度小于1×1018cm-3，所述材料样品上的接触电极的金属采用铟锌合金，并且在410℃至450℃的温度下退火50秒至70秒，以形成欧姆接触。
9.根据权利要求8所述的霍尔效应电压确定方法，其特征在于，所述预设测试激励电流范围为0.002mA至0.2mA，并且所述多个测试激励电流值中包括最小测试激励电流值和最大测试激励电流值，所述最小测试激励电流值在0.002mA至0.01mA的范围内，所述最大测试激励电流值在0.05mA至0.2mA的范围内；所述拟合函数关系为4次多项式关系。
10.一种霍尔测试系统，其特征在于，所述霍尔测试系统利用根据权利要求1至9中任一项所述的霍尔效应电压确定方法来确定材料样品的霍尔效应电压。
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