[发明专利]一种霍尔效应自动测量系统及其测量方法

权利要求书

1.一种霍尔效应自动测量系统，其特征是：

包括，

样品台：样品台为绝缘，用于放置样品，样品台上通过绝缘连接件连接有固定探针；

固定探针用于与样品各边角接触，通过固定探针给样品通入电流，并测量通入电流后样品的电压，固定探针一端绝缘固定到样品台上，另一端设置接触端；

测量电路：测量电路用于给固定探针施加电流和测试电压；其包括恒流源模块和电压信号测试模块以及控制电路；

其中恒流源模块通过控制电路分别连接到各个固定探针上；通过控制电路分别控制各个固定探针上电流的导通与断开；电压信号测试模块通过控制电路分别连接到各个固定探针上；通过控制电路测试各固定探针之间电压的测量；

控制电路由若干组单刀双掷继电器开关组成；

测试环境控制装置：测试环境控制装置包括用于给样品提供磁场环境的磁场发生装置、用于调整样品温度的温控装置以及为样品提供真空环境的真空装置；真空装置包括一个密封的真空腔体，利用真空泵组对真空腔体进行抽真空；磁场发生装置放置于真空腔体外部；温控装置包括加热器和液氮腔体，加热器和冷却器分别对样品台进行加热和冷却，加热机构和冷却机构的工况利用设置于真空腔体内部的温度传感器所获得的是温度参数进行调节；上位机模块：上位机模块通过LabVIEW控制软件，收集参数、对

设备的工作进行调度并计算得到样品的电阻率和霍尔系数，；上位机模块收集电压数据，并调整控制电路、磁场发生装置、温控装置、恒流源模块的工作参数。

2.如权利要求1所述的一种霍尔效应自动测量系统，其特征是：所述恒流源上并联有N组连接回路，每一组连接回路上分别各设有一个与恒流源正极、负极对应的单刀双掷继电器；在电压信号测试模块上并联有N组检测回路，每一组检测回路上分别各设有一个与电压信号测试模块正极、负极对应的单刀双掷继电器；第N组连接回路的中部与第N组检测回路中部之间通过一条连接电路A导通，连接电路的中部通过一条连接电路B连接到其中一组固定探针上。

3.如权利要求1所述的一种霍尔效应自动测量系统，其特征是：样品台上表面中心位置为放置样品区域，加热机构和冷却机构对样品台进行加热或冷却。

4.如权利要求3所述的一种霍尔效应自动测量系统，其特征是：所述加热机构为内置的电阻线圈；所述冷却机构采用冷却管路内的液氮流量进行制冷；电阻线圈通过上位机控制电阻线圈的电流进行控制，液氮流量通过上位机控制液氮循环泵的流量进行控制。

5.如权利要求1所述的一种霍尔效应自动测量系统，其特征是：其中恒流源模块为精密恒流源，通过GPIB接口与上位机进行通信；各单刀双掷继电器开关通过数字源表进行控制，数字源表选用Agilent 34970，数字源表通过GPIB接口与上位机进行通信。

6.如权利要求5所述的一种霍尔效应自动测量系统，其特征是：上位机控制程序使用LabVIEW软件，通过LabVIEW软件进行精密恒流源的仪器开启和电流参数设定、数字源表的开关控制和电压读取、温控装置的仪器开启和参数设定、磁场装置的仪器开启和参数设定，完成自动测量并计算得到样品的电阻率和霍尔系数。

7.如权利要求5所述的一种霍尔效应自动测量系统，其特征是：磁场发生装置为电磁铁恒流源。

8.如权利要求1所述的一种霍尔效应自动测量系统，其特征是：真空装置的真空腔体主体为金属外壳，金属外壳由主体与罩壳构成可拆卸结构，主体与罩壳之间通过橡胶密封圈实现对腔体的真空密封；金属外壳的主体内部安装样品台；真空装置通过机械泵和分子泵两级真空发生装置实现抽真空。

9.如权利要求1所述的一种霍尔效应自动测量系统，其特征是：所述绝缘连接件包括陶瓷螺栓与弹簧，通过陶瓷螺栓对弹簧的压紧，并通过压紧的弹簧将固定探针固定于陶瓷螺栓上；陶瓷螺栓固定于样品台上。

10.一种如权利要求7所述霍尔效应自动测量系统的测量方法，其特征是：

上位机按照预设组温控装置将使测量环境到达某一特定温度并保持稳定；

系统对每一特定温度，进行2N组测试，分别输入恒定电流并读取电压信号；

系统通过源表控制继电器开关模块中2N组单刀双掷继电器开关的状态，从而选择输入电流的固定探针和读取电压的固定探针，然后通过精密恒流源向固定探针输入恒定电流，之后利用源表读取样品输出电压信号大小；

第1～N组测量每次输入的恒定电流从相邻的两个固定探针经过，并读取另两个相邻固定探针之间的电压，在无磁场环境下进行，测量结果用于计算材料的电阻率；

第N+1～2N组测量每次输入的恒定电流从对角线上的两个固定探针经过，并读取另一对角线上两个固定探针之间的电压，其中第N+1～3N/2组施加一定方向的磁场，第3N/2+1～2N组施加相反方向的磁场，测量结果用于计算材料的霍尔系数；

完成2N组测量后，通过上位机的LabVIEW软件将对材料在下一温度的电阻率和霍尔系数进行测量并计算；

依据范德堡法测量原理，使用上位机软件实现对所有测量结果进行计算，得到材料的电阻率和霍尔系数，显示于用户界面，并将所有测量结果于计算结果进行保存。