一、 產(chǎn)品描述

設(shè)備主要利用微波測(cè)試原理，非接觸測(cè)試半導(dǎo)體材料，石墨烯，透明導(dǎo)電膜，碳納米管，金屬等材料的電學(xué)特性。可實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)測(cè)試，亦可以實(shí)現(xiàn)面掃描的測(cè)試功能，具有快速，無(wú)損，準(zhǔn)確等優(yōu)勢(shì)，可用于材料研發(fā)及工藝的監(jiān)測(cè)及質(zhì)量控制。

1.1 工作原理

非接觸Hall測(cè)試是一種利用微波原理來(lái)測(cè)試外延片載流子遷移率的測(cè)試方法，該方法在測(cè)試時(shí)利用微波源發(fā)射微波通過(guò)波導(dǎo)將微波傳輸至測(cè)試樣品表面，在磁場(chǎng)作用下具有不同遷移率的樣品對(duì)微波的反射效果不同，通過(guò)探測(cè)反射的微波功率再將其轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的電導(dǎo)張量，從而建立模型可以計(jì)算出HEMT結(jié)構(gòu)的載流子濃度和遷移率。具體是設(shè)備通過(guò)微波發(fā)生器產(chǎn)生10 GHz的微波，入射樣品表面的TE10模的微波，會(huì)從測(cè)試樣品表面處產(chǎn)生兩種模式的反射波，一種是和入射波相同模式和極化的TE10反射波，通過(guò)探測(cè)反射回來(lái)的TE10波的功率，通過(guò)計(jì)算可得測(cè)試樣品的方塊電阻；另外一種反射波是TE11模的波，它是TE10波到達(dá)樣品表面時(shí)，由于樣品在磁場(chǎng)作用下的霍爾效應(yīng)將TE10模旋轉(zhuǎn)90°以TE11模的波返回，通過(guò)探測(cè)此TE11模微波的功率，通過(guò)計(jì)算可得出測(cè)試樣品的載流子遷移率。

該系統(tǒng)使用一個(gè)工作在10 GHz的低功率微波源，耦合到一個(gè)波導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)，以便將功率引導(dǎo)到被測(cè)樣品的表面。波導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)是這樣允許檢測(cè)和測(cè)量TE10和TE11的傳播模式。

正常的TE10入射波用于產(chǎn)生從被測(cè)樣品中返回的兩種反射波。第one波，即反射功率，從樣本中返回的反射功率，與入射波處于相同的模式或偏振狀態(tài)。該反射波的功率被檢測(cè)、測(cè)量，并根據(jù)波導(dǎo)系統(tǒng)的總阻抗來(lái)計(jì)算樣品片電阻

樣品返回的第二波是由樣品在磁場(chǎng)影響下的“霍爾效應(yīng)”引起的TE11模式。正常的TE10入射波通過(guò)這種效應(yīng)旋轉(zhuǎn)90度，這個(gè)功率，即霍爾功率，由系統(tǒng)檢測(cè)和測(cè)量，并用于計(jì)算遷移率和載流板密度的剩余輸運(yùn)特性，HALL測(cè)試示意圖如圖2-1所示。

1.2 測(cè)試干擾因素

A.不同溫度對(duì)測(cè)試樣品的方阻及遷移率有影響，測(cè)試環(huán)境需恒溫；

B.不同光強(qiáng)對(duì)樣品的遷移率測(cè)試結(jié)果有影響，測(cè)試過(guò)程中應(yīng)關(guān)閉設(shè)備的遮光罩；

C.振動(dòng)、磁場(chǎng)、靜電等測(cè)試環(huán)境可對(duì)遷移率測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生影響，測(cè)試過(guò)程應(yīng)采取嚴(yán)格的屏蔽措施；

D.樣品表面、吸附載物臺(tái)上的顆粒沾污會(huì)影響遷移率測(cè)試的準(zhǔn)確性，測(cè)試時(shí)應(yīng)確保樣品表面及吸附載物臺(tái)上無(wú)直徑大于10μm的大顆粒沾污。

1.3測(cè)試結(jié)果計(jì)算

當(dāng)TE10模微波傳輸至樣品表面時(shí)，在無(wú)磁場(chǎng)情況下時(shí)，由于樣品與波導(dǎo)特征阻抗不匹配，產(chǎn)生反射，微波反射率與樣品特征阻抗呈如下關(guān)系：

上式里面R---微波反射率

       Zo---波導(dǎo)特征阻抗

       Zs---樣品阻抗

微波反射功率RP和入射功率FP的比值為：

樣品方阻：

式中h---樣品厚度。

當(dāng)TE10模微波傳輸至樣品表面時(shí)，在磁場(chǎng)作用下，樣品的霍爾效應(yīng)使電導(dǎo)張量發(fā)生偏轉(zhuǎn)，TE10極化方向的電導(dǎo)張量為σxx，TE11極化方向的電導(dǎo)張量為σxy，則：

式中H---磁場(chǎng)強(qiáng)度。

根據(jù)霍爾效應(yīng)原理，載流子遷移率可由下式計(jì)算得出：

二、儀器主要特點(diǎn)

本儀器適用于遷移率量測(cè)范圍在100 cm2 /V•s ～ 3000 cm2 /V•s 的射頻 GaN HEMT 外延片。

本儀器為非接觸，非損傷測(cè)試，具有測(cè)試速度快，重復(fù)性佳，測(cè)試敏感性高，可以直接測(cè)試產(chǎn)品片等優(yōu)點(diǎn)。

三、儀器技術(shù)指標(biāo)

儀器技術(shù)主要指標(biāo)如表3-1所示。

表3-1