[发明专利]旋转磁场霍尔测量系统

说明书

提供了旋转磁场霍尔装置，并且其包括：以主从配置被布置的第一磁体和第二磁体(201，204)；可插入在第一磁体和第二磁体(201，204)之间的被测设备(DUT)台(205)，DUT(2052)可分别以用于霍尔测量或光电磁(PEM)测试的第一朝向或第二朝向布置在该DUT台上；控制器，被布置为使该DUT台(205)在第一磁体和第二磁体(201，204)之间居中；以及正交磁场传感器(250，260)，被布置在第一磁体(201)的侧面旁边以促进第一磁体和第二磁体(201，204)的位置初始化并且生成用于相敏霍尔信号检测或锁定霍尔信号检测的同相参考信号和异相参考信号。系统还包括执行信号处理以产生最终霍尔信号的软件系统。

技术领域

本发明一般涉及测量技术，并且更具体地，涉及具有旋转磁体的霍尔(Hall)测量系统。

背景技术

霍尔测量是可以用在诸如半导体和固态设备研究的各种应用中的特性化技术。霍尔测量使能测量自由载流子密度，当与电阻率测量一起考虑时其可以产生载流子迁移率。当电流穿过具有施加的垂直磁场的材料时发生所谓的霍尔效应，从而产生如在如下公式#1中所提供的霍尔电压V_H：

V_H＝BI/nde #1

在以上公式#1中，B是磁场，I是穿过该样本的电流，n是自由载流子密度，d是样本厚度以及e是电子的电荷。

霍尔测量中的品质因数是霍尔角它的正切被定义为霍尔或横向电阻(R_xy)与纵向电阻(R_xx)之间的比率。在方形样本的情况下，这个霍尔角的正切可以由如下公式#2给出：

在以上公式#2中，μ是多数载流子的迁移率。

好的或优质的霍尔测量要求足够大的霍尔角或者大约同样的基于公式#2，当样本具有差的迁移率(例如，μ<<1cm²/Vs)或者可用的磁场受限(例如，B<<0.1特斯拉)时可能会出现问题。此外，基于公式#1，具有非常高的载流子密度n的样本也可能导致小的霍尔电压V_H。一些诸如低温测量的测量环境要求使用非常小的激励电流I，从而导致小的霍尔电压V_H。在这种情形下，由于样本几何非对称性，DC磁场霍尔测量可能产生被隐埋在大DC电压偏移内的小的霍尔电压V_H。非对称性可能导致霍尔或横向电阻(R_xy)与纵向电阻(R_xx)的混合。

发明内容

根据本发明的一个实施例，提供了旋转磁场霍尔装置，并且其包括：以主从配置被布置的第一磁体和第二磁体；可插入在第一磁体和第二磁体之间的被测设备(DUT)台，DUT可分别以用于霍尔测量或光电磁(PEM)测试的第一朝向或第二朝向布置在该DUT台上；被布置为使DUT台在第一磁体和第二磁体之间居中的控制器；以及正交磁场传感器，被布置在第一磁体的侧面旁边以促进第一磁体和第二磁体的位置初始化并且生成用于相敏霍尔信号检测或锁定霍尔信号检测的同相参考信号和异相参考信号。

根据本发明的另一实施例，提供了旋转磁场霍尔装置，并且其包括：具有横向磁化的马达驱动圆柱形磁体；随马达驱动磁体旋转的自由旋转圆柱形磁体；可插入在马达驱动磁体和自由旋转磁体之间的被测设备(DUT)台，DUT可分别以用于霍尔测量或光电磁(PEM)测试的第一朝向或第二朝向布置在该DUT台上；被布置为分别调动(maneuver)马达驱动磁体和DUT台的第一控制器和第二控制器；以及正交磁场传感器，被布置为促进马达驱动磁体和自由旋转磁体的位置初始化并且生成用于相敏霍尔信号检测或锁定霍尔信号检测的同相参考信号和异相参考信号。