霍尔效应测量方法

霍尔效应是电磁效应的一种，当电流垂直于外磁场通过半导体时，载流子发生偏转，垂直于电流和磁场的方向会产生一附加电场，从而在半导体的两端产生电势差，这一现象就是霍尔效应。霍尔效应广泛应用于材料表征和磁场感应。

材料表征

在材料表征应用中，材料放置在已知的磁场 B 之中。同时，测量霍尔电压 VXY(图1)、通过样本的电压 VXX 和通过材料的电流 IR。根据这些测量值，我们可以推断材料性质，例如载流子密度、载流子极性、载流子迁移率和材料的导电性。

这项技术还可用于测量量子霍尔效应以及整数、分数、自旋、逆自旋等多种衍生效应，从而测量二维电子气 (2DEG) 材料的新物理性质。

磁场感应

当材料性质已知时，霍尔效应可用于推断多个数量级范围内的外部磁场强度。可以通过向样本施加直流电压来执行测量，但是通常交流测量的速度更快、结果更准确。交流测量的其他优点还包括精度和灵敏度更高，能够在更大的测量范围内实现更高信噪比 (SNR)。

图1. 测量霍尔电压结构图

如图1所示，测量需要使用两个锁相放大器。赛恩科仪OE1022D是一款双通道锁相放大器，拥有2个独立同步的锁放单元，一台锁相放大器就可以满足测量需求。(图中表示为 LIA A通道)提供恒定交流电压以使样本中产生电流。通常情况下，只需放置一个远大于电路中所有其他电阻之和的限流电阻 RL，即可假定电流在测量过程中保持恒定。测量通过样本的电流，即可实现更精准的测量。锁相放大器 1 测量霍尔电压 VXY，而锁相放大器 2(图中表示为 LIA B通道)测量通过样本的电压 VXX。