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JP3285342B2 - Hall effect measuring apparatus and method - Google Patents
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JP3285342B2 - Hall effect measuring apparatus and method - Google Patents

Hall effect measuring apparatus and method

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JP3285342B2
JP3285342B2 JP2000235018A JP2000235018A JP3285342B2 JP 3285342 B2 JP3285342 B2 JP 3285342B2 JP 2000235018 A JP2000235018 A JP 2000235018A JP 2000235018 A JP2000235018 A JP 2000235018A JP 3285342 B2 JP3285342 B2 JP 3285342B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体等の試料の
ホール効果を測定する装置に関し、特に、交流磁場を試
料に印加してホール起電圧を測定するホール効果測定装
置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for measuring the Hall effect of a sample such as a semiconductor, and more particularly to an apparatus for measuring a Hall effect voltage by applying an AC magnetic field to the sample.

【0002】[0002]

【従来の技術】磁場内に置かれた半導体等の試料に一定
の電流を印加し、それら磁場と電流に直交する方向に発
生するホール起電圧を測定(ホール効果測定)すること
により、試料のキャリアタイプ(P型/N型)、キャリ
ア濃度、ホール移動度等の重要な物性値を得ることがで
きる。このようなホール起電圧を高い精度で測定するホ
ール効果測定装置は、新素材の開発等にとって欠くこと
のできない分析装置の一つである。
2. Description of the Related Art A constant current is applied to a sample such as a semiconductor placed in a magnetic field, and a Hall electromotive force generated in a direction perpendicular to the magnetic field and the current is measured (Hall effect measurement) to obtain a sample. Important physical properties such as carrier type (P-type / N-type), carrier concentration, and hole mobility can be obtained. The Hall effect measurement device that measures such a Hall electromotive voltage with high accuracy is one of the indispensable analyzers for the development of new materials and the like.

【0003】従来、試料や測定回路で生じるノイズや電
圧ドリフト等の影響を除去し、高い精度でホール起電圧
を測定する方法として、試料に交流の磁場を印加し、そ
のときのホール起電圧を測定する、いわゆる、ACホー
ル効果測定と呼ばれるものがある。例えば、特開平8−
36039号公報に記載のホール効果測定装置が該当す
る。
Conventionally, as a method for measuring the Hall electromotive voltage with high accuracy by removing the effects of noise and voltage drift generated in the sample and the measurement circuit, an AC magnetic field is applied to the sample, and the Hall electromotive voltage at that time is measured. There is a so-called AC Hall effect measurement for measuring. For example, JP-A-8-
The Hall effect measuring device described in JP-A-36039 corresponds to this.

【0004】この従来の測定装置は、抵抗が低い試料に
対しては、例えば、91Hzの交流磁場を加え、100
MΩ以上の高抵抗の試料に対しては、9.1Hzの交流
磁場を加え、さらに、3GΩ以上の高抵抗の試料に対し
ては、試料に接続されたバッファアンプの入力側に正帰
還のフィードバックを施してホール起電圧を測定してい
る。これによって、試料抵抗の測定限度が、それまでの
5GΩ程度から100GΩ程度まで高まるというもので
ある。
This conventional measuring apparatus applies an AC magnetic field of, for example, 91 Hz to a sample having a low resistance, and
For a sample having a high resistance of MΩ or more, an AC magnetic field of 9.1 Hz is applied, and for a sample having a high resistance of 3 GΩ or more, positive feedback is provided to the input side of a buffer amplifier connected to the sample. To measure the Hall EMF. As a result, the measurement limit of the sample resistance is increased from about 5 GΩ to about 100 GΩ.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来のホール効果測定装置は、新素材の開発競争が激しい
今日では、試料抵抗の測定限度において、もはや十分に
高いものであるとは言えなくなってきた。試料分析の対
象となるa-Si、poly-Si、ダイヤモンド、CIS等の、最新
の液晶表示装置や太陽電池等に用いられる新素材は、例
えば、1T(10の12乗)Ω、あるいは、それを越え
る極めて高い抵抗を有するからである。
However, this conventional Hall effect measuring apparatus is no longer said to be sufficiently high in the limit of measuring the sample resistance in today's fierce competition for the development of new materials. . New materials used in the latest liquid crystal display devices and solar cells, such as a-Si, poly-Si, diamond, and CIS, which are subject to sample analysis, are, for example, 1T (10 12) Ω or This is because it has an extremely high resistance exceeding

【0006】そこで、本発明は、係る問題点に鑑みてな
されたものであり、1TΩ程度の高い抵抗を有する試料
であっても、高い精度でホール効果を測定することが可
能なホール測定装置等を提供することを目的とする。
Accordingly, the present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and has been made in consideration of the above-described problems, and is intended to provide a Hall measuring device capable of measuring the Hall effect with high accuracy even for a sample having a high resistance of about 1 TΩ. The purpose is to provide.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係るホール効果測定装置は、交流磁場を用
いて試料のホール効果を測定する装置であって、0.0
1〜0.2Hzの周波数範囲で交流信号を発生する信号
発生手段と、前記交流信号に同期した磁場を発生して前
記試料に印加する交流磁場発生手段と、前記試料に電流
を印加する電流印加手段と、前記試料で発生したホール
起電圧を検出し、その電圧に比例した電圧の検出信号を
出力するバッファ手段と、前記検出信号のうち前記交流
信号と同一の周波数成分だけを通過させるフィルタ手段
と、通過した周波数成分を示す信号に対して一定時間間
隔でサンプリングを繰り返すことにより、各サンプリン
グ時刻における前記信号の電圧の絶対値と前記信号の前
記交流信号に対する位相とからなる複数のベクトルを測
定するベクトル測定手段と、測定された複数のベクトル
に基づいて、前記試料のホール効果を特定する物性値を
算出する算出手段とを備えることを特徴とする。
To achieve the above object, according to the Invention The Hall effect measurement apparatus according to the present invention is an apparatus for measuring the Hall effect of a sample using an alternating magnetic field, 0.0
Signal generating means for generating an AC signal in a frequency range of 1 to 0.2 Hz, AC magnetic field generating means for generating a magnetic field synchronized with the AC signal and applying the same to the sample, and applying current to apply the current to the sample Means, a buffer means for detecting a Hall electromotive voltage generated in the sample, and outputting a detection signal of a voltage proportional to the voltage, and a filter means for passing only the same frequency component of the detection signal as the AC signal And a plurality of vectors consisting of the absolute value of the voltage of the signal and the phase of the signal with respect to the AC signal at each sampling time are measured by repeating sampling at a fixed time interval for the signal indicating the passed frequency component. Vector measuring means for calculating, and calculating means for calculating a physical property value for specifying the Hall effect of the sample based on a plurality of measured vectors Characterized in that it comprises a.

【0008】また、本発明は、交流磁場を用いて試料の
ホール効果を測定する方法であって、信号発生手段に、
0.01〜0.2Hzの周波数範囲で交流信号を発生さ
せるステップと、 交流磁場発生手段に、前記交流信号
に同期した磁場を発生させて前記試料に印加させるステ
ップと、電流印加手段に、前記試料に電流を印加させる
ステップと、フィルタ手段に、前記試料で発生したホー
ル起電圧を示す検出信号のうち前記交流信号と同一の周
波数成分だけを通過させるステップと、ベクトル測定手
段に、通過した周波数成分を示す信号に対して一定時間
間隔でサンプリングを繰り返させることにより、各サン
プリング時刻における前記信号の電圧の絶対値と前記信
号の前記交流信号に対する位相とからなる複数のベクト
ルを測定させるステップと、測定された複数のベクトル
に基づいて、前記試料のホール効果を特定する物性値を
算出するステップとを含む構成とすることもできる。
The present invention also relates to a method for measuring the Hall effect of a sample using an alternating magnetic field, wherein the signal generating means comprises:
Generating an AC signal in a frequency range of 0.01 to 0.2 Hz ; generating a magnetic field synchronized with the AC signal by an AC magnetic field generating means to apply the magnetic field to the sample; Applying a current to the sample; allowing the filter means to pass only the same frequency component as the AC signal among the detection signals indicating the Hall EMF generated in the sample; By repeating the sampling for a signal indicating the component at a fixed time interval, measuring a plurality of vectors consisting of the absolute value of the voltage of the signal at each sampling time and the phase of the signal with respect to the AC signal, Based on the plurality of measured vectors, calculating a physical property value specifying the Hall effect of the sample, May be included.

【0009】さらに、これら各ステップを含むプログラ
ムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体とし
て実現することもできる。
Further, the present invention can be realized as a computer-readable recording medium on which a program including these steps is recorded.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を用いて詳細に説明する。図1は、本実施の形態
におけるACホール測定装置100の外観図である。こ
のACホール測定装置100は、低周波(0.01〜
0.2Hz)の交流磁場とホール起電圧のベクトル測定
(シンクロナイズループによるホール起電圧の絶対値と
位相の測定)とを特徴とするホール効果の自動測定装置
であり、制御部10、計測ユニット部20、試料ホルダ
ー部30及び電磁石40から構成される。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is an external view of an AC hole measuring apparatus 100 according to the present embodiment. The AC Hall measuring device 100 is a low frequency (0.01 to
An automatic measurement apparatus for the Hall effect, characterized by an AC magnetic field of 0.2 Hz) and vector measurement of the Hall electromotive voltage (measurement of the absolute value and phase of the Hall electromotive voltage by a synchronization loop). 20, a sample holder part 30 and an electromagnet 40.

【0011】計測ユニット部20は、ホール効果を測定
するための後述する各種測定器及び信号発生器(以下、
「測定器等」という。)の集まりである。制御部10
は、それら測定器等とGPIBケーブルで接続されたパ
ソコン等であり、内蔵のハードディスクにインストール
された専用の計測制御ソフトウェアに基づいて、それら
測定器等を制御したり、得られた測定値を読み出したり
することによって、ホール効果の自動測定を実行する。
The measuring unit 20 includes various measuring instruments and signal generators (hereinafter, referred to as “hereafter”) for measuring the Hall effect.
It is called "measuring device". ). Control unit 10
Is a personal computer or the like connected to these measuring instruments and the like by a GPIB cable, and controls these measuring instruments and the like and reads out the obtained measured values based on dedicated measurement control software installed in a built-in hard disk. Perform an automatic measurement of the Hall effect.

【0012】電磁石40は、試料に交流磁場を印加する
マグネットであり、鉄心に巻きつけらた冷却式コイル等
を有する。試料ホルダー部30は、信号ケーブル33に
より計測ユニット部20と接続される試料を保持する試
料ホルダー32や、その試料ホルダー32を収納し、一
定温度に保持するクライオスタット31等からなる。
The electromagnet 40 is a magnet for applying an AC magnetic field to the sample, and has a cooling coil wound around an iron core. The sample holder 30 includes a sample holder 32 that holds a sample connected to the measurement unit 20 by a signal cable 33, a cryostat 31 that houses the sample holder 32, and holds the sample at a constant temperature.

【0013】図2は、試料ホルダー32の先端部の外観
図であり、図2(a)は、試料34が取り付けられた絶
縁板(ポリテトラフルオロエチレン)35の表面を示
し、図2(b)は、その裏面を示す。絶縁板35には、
四角形状の試料34が貼り付けられ、その試料34の4
つの電極(No.1〜4)には、電流の印加及びホール
起電圧の測定のための4本の信号ケーブル33が接続さ
れている。
FIG. 2 is an external view of the tip of the sample holder 32. FIG. 2A shows the surface of an insulating plate ( polytetrafluoroethylene ) 35 on which a sample 34 is mounted, and FIG. ) Shows the back surface. The insulating plate 35 has
A rectangular sample 34 is attached, and 4
Four signal cables 33 for applying a current and measuring a Hall electromotive voltage are connected to the two electrodes (Nos. 1 to 4).

【0014】ここで、4本の信号ケーブル33それぞれ
は、直径約3mmの3同軸構造(芯線、内側シールド及
び外側シールドを有する)のケーブルであり、相互に捻
った(ツイストさせた)状態で試料ホルダー32の棒部
分に巻きつけられ、試料34に近い箇所(つまり、電磁
石40の磁極中心に近い箇所)においては、芯線だけが
配線され露出した非シールド構造となっている。
Here, each of the four signal cables 33 is a cable having a triaxial structure (having a core wire, an inner shield and an outer shield) having a diameter of about 3 mm, and the sample is twisted (twisted) with each other. At a location close to the sample 34 (that is, a location near the center of the magnetic pole of the electromagnet 40) wound around the rod portion of the holder 32, only the core wire is wired and exposed to form an unshielded structure.

【0015】これは、試料34に印加される磁場が交流
であるために、直流の場合以上に電磁誘導ノイズの影響
が大きくなることを考慮したからである。つまり、信号
ケーブル33を相互に捻るのは、電磁誘導による電流ル
ープの発生を回避するためであり、先端部において非シ
ールド構造としているのは、磁場によってシールドの内
側に位置する芯線の物理的な位置が移動し、それによる
トリボエレクトリック効果に基づく数pAオーダーの寄
生電流が発生してしまうことを回避するためである。
This is because the magnetic field applied to the sample 34 is an alternating current, and the effect of electromagnetic induction noise is greater than that of a direct current. In other words, the signal cables 33 are mutually twisted in order to avoid the occurrence of a current loop due to electromagnetic induction, and the non-shield structure at the distal end is formed by the physical field of the core located inside the shield due to the magnetic field. This is for avoiding the occurrence of a parasitic current on the order of several pA based on the triboelectric effect caused by the movement of the position.

【0016】図3は、図1に示された計測ユニット部2
0の詳細な構成を示す機能ブロック図である。なお、本
図には、電磁石40及び試料34も併せて示されてい
る。定電流源21は、米国Keithley社220型直流電流
源等であり、制御部10からの指示に基づいて、5pA
〜500mAの範囲で、0.5pAの最大分解能で試料
34に電流を印加する。
FIG. 3 shows the measuring unit 2 shown in FIG.
FIG. 2 is a functional block diagram showing a detailed configuration of the first embodiment. In addition, in this figure, the electromagnet 40 and the sample 34 are also shown. The constant current source 21 is, for example, a 220 type DC current source manufactured by Keithley of the United States, and has a 5 pA based on an instruction from the control unit 10.
A current is applied to the sample 34 at a maximum resolution of 0.5 pA within a range of 500500 mA.

【0017】電流計23は、同社6514型電流計等で
あり、試料34に実際に流れる電流を10f(10のマ
イナス14乗)Aの最大分解能で測定する。スキャナ2
2は、同社7001型スキャナ及び7152型微小電流
カード等からなるマトリクススイッチであり、制御部1
0からの指示に基づいて、試料34の4つの電極を定電
流源21、電流計23及びバッファアンプ24a、bの
いずれかに切り替えて接続する。例えば、ホール効果の
測定においては、試料34の対向する電極対を結ぶ2つ
の対角線のうち、一方の対角線に、定電流源21からの
電流を印加するとともに、その電流を電流計23で測定
し、他方の対角線の方向に生じるホール起電圧がバッフ
ァアンプ24a、bに入力されるように、試料34の4
つの電極と4つの測定器21、23、24a、bとの接
続を切り替える。
The ammeter 23 is a company type 6514 ammeter or the like, and measures the current actually flowing through the sample 34 at a maximum resolution of 10f (10 minus 14) A. Scanner 2
Reference numeral 2 denotes a matrix switch including a 7001 type scanner and a 7152 type minute current card of the same company.
Based on the instruction from 0, the four electrodes of the sample 34 are switched and connected to any one of the constant current source 21, the ammeter 23 and the buffer amplifiers 24a and 24b. For example, in the measurement of the Hall effect, a current from the constant current source 21 is applied to one diagonal of two diagonals connecting the pair of electrodes of the sample 34, and the current is measured by the ammeter 23. , So that the Hall electromotive voltage generated in the other diagonal direction is input to the buffer amplifiers 24a and 24b.
The connection between the four electrodes and the four measuring devices 21, 23, 24a, b is switched.

【0018】バッファアンプ24a、24bは、100
TΩ以上の入力インピーダンスを有する同社6512型
バッファアンプ等であり、10TΩ程度の高抵抗の試料
34で発生するホール起電圧の測定を可能にするため
に、その信号源抵抗をインピーダンス変換している。こ
れらバッファアンプ24a、bの出力(ユニティゲイン
出力)は、プリアンプ25の入力に接続されるととも
に、それぞれの入力ケーブルの芯線を覆う内側シールド
及びスキャナ22を介した信号ケーブル33の内側シー
ルドにも接続されている。これは、3同軸ケーブルの芯
線とそれを覆う内側シールドとを同一ポテンシャルとす
るガーディングテクニックにより、信号ケーブル33が
持つ浮遊容量をキャンセルするとともに、信号ケーブル
33の芯線と外側シールド間で生じる電流リークを防止
するためである。
The buffer amplifiers 24a and 24b
It is a 6512 type buffer amplifier or the like having an input impedance of TΩ or more. In order to enable measurement of the Hall electromotive voltage generated in the sample 34 having a high resistance of about 10 TΩ, the signal source resistance is subjected to impedance conversion. The outputs (unity gain outputs) of the buffer amplifiers 24a and 24b are connected to the inputs of the preamplifier 25 and also to the inner shield covering the core wires of the respective input cables and the inner shield of the signal cable 33 via the scanner 22. Have been. This is because the stray capacitance of the signal cable 33 is canceled by the guarding technique that makes the core wire of the three coaxial cable and the inner shield that covers the same potential equal to each other, and the current leakage generated between the core wire of the signal cable 33 and the outer shield. This is to prevent

【0019】プリアンプ25は、米国ITHACO社1201
型低雑音プリアンプ等であり、2つのバッファアンプ2
4a、bからの出力電圧の差、即ち、試料34で発生し
たホール起電圧を、AC同期信号アナライザ26の入力
に適した電圧に増幅する。AC同期信号アナライザ26
は、英国Solartron社1253型周波数応答アナライザ
等であり、制御部10からの指示に基づいて、0.01
〜0.2Hzを含む周波数範囲における一定の周波数及
び振幅(歪のない正弦波)の基準信号を発生する基準信
号発生部26a、プリアンプ25から送られてくる入力
信号のうち上記基準信号と同一周波数の信号成分だけを
通過させるバンドパスフィルタ26b、その信号成分の
実効電圧(絶対値)を算出する交流電圧測定部26c、
および、その信号成分と基準信号との位相差を算出する
位相測定部26d等を備える。
The preamplifier 25 is manufactured by ITHACO 1201 of the United States.
And two buffer amplifiers 2
The difference between the output voltages from 4a and 4b, that is, the Hall electromotive voltage generated in the sample 34 is amplified to a voltage suitable for the input of the AC synchronization signal analyzer 26. AC sync signal analyzer 26
Is a 1253 type frequency response analyzer or the like manufactured by Solartron of the United Kingdom.
A reference signal generator 26a for generating a reference signal having a constant frequency and amplitude (a sine wave without distortion) in a frequency range including up to 0.2 Hz, and the same frequency as the reference signal among the input signals sent from the preamplifier 25 A band-pass filter 26b that passes only the signal component of the above, an AC voltage measuring unit 26c that calculates an effective voltage (absolute value) of the signal component,
And a phase measuring unit 26d for calculating a phase difference between the signal component and the reference signal.

【0020】電磁石用電流源27は、米国LakeShore社
647型バイポーラ電源等であり、基準信号発生部26
aからの基準信号の電圧に比例した電流(基準信号と同
期した交流電流)を生成し、電磁石40のコイルに供給
している。このように、ACホール測定装置100の測
定系は、基準信号発生部26aからの交流信号に同期し
た交流磁場を試料34に印加するとともに、それに対す
る試料34から応答(ホール起電圧)を、その交流信号
と同期させて抽出する(同一周波数成分をベクトルとし
て測定する)というシンクロナイズループを形成してい
る。
The electromagnet current source 27 is a 647 type bipolar power supply manufactured by Lake Shore of the United States, and the like.
A current proportional to the voltage of the reference signal from “a” (alternating current synchronized with the reference signal) is generated and supplied to the coil of the electromagnet 40. As described above, the measurement system of the AC hall measurement apparatus 100 applies an AC magnetic field synchronized with the AC signal from the reference signal generation unit 26a to the sample 34, and responds (Hall electromotive voltage) from the sample 34 thereto. A synchronized loop is formed in which the signal is extracted in synchronization with the AC signal (the same frequency component is measured as a vector).

【0021】なお、この図3には示されてしないが、こ
の計測ユニット部20には、これらホール効果測定に直
接寄与する測定器等の他に、制御部10による自動制御
を円滑にするための監視用の測定器等(定電流源21の
コンプライアンス電圧を測定する電圧計、2つのバッフ
ァアンプ24a及びbの出力電圧の差を測定する電圧
計、クライオスタット31中の試料34の温度を計測・
制御する温度制御装置等)も含まれる。
Although not shown in FIG. 3, the measuring unit 20 includes a measuring device directly contributing to the Hall effect measurement, and also facilitates automatic control by the control unit 10. (A voltmeter that measures the compliance voltage of the constant current source 21, a voltmeter that measures the difference between the output voltages of the two buffer amplifiers 24a and b, and the temperature of the sample 34 in the cryostat 31.
Control device for controlling the temperature).

【0022】図4は、このACホール測定装置100の
制御部10の詳細な機能構成を示すブロック図である。
図5は、図4に示された各機能ブロックによる処理を操
作者が選択して指示するための画面表示例である。制御
部10は、このACホール測定装置100のコントロー
ラであり、図5(a)に示されたメニューにより操作者
が選択することができる7つの大きな機能、即ち、設定
部11、表示部12、グラフ部13、ファイル部14、
測定部15、確認機能部16及びオプション部17から
なる。
FIG. 4 is a block diagram showing a detailed functional configuration of the control unit 10 of the AC hole measuring apparatus 100.
FIG. 5 is a screen display example for the operator to select and instruct processing by each functional block shown in FIG. The control unit 10 is a controller of the AC hall measurement device 100, and has seven large functions that can be selected by the operator using the menu shown in FIG. 5A, that is, the setting unit 11, the display unit 12, Graph unit 13, file unit 14,
It comprises a measurement unit 15, a confirmation function unit 16, and an option unit 17.

【0023】設定部11は、図5(b)に示されたプル
ダウンメニューに列挙されているように、測定の種類や
条件等についての指示を操作者から取得し、ファイルと
して記憶しておく機能を有する。具体的には、図6に示
された画面表示例のように、測定データに付加される試
料名等のコメントを取得したり、図7に示された画面表
示例のように、試料への印加電流値等の測定条件を取得
したり、図8に示された画面表示例のように、クライオ
スタット31による試料34の温度制御等に関する測定
条を取得したり、図9に示された画面表示例のように、
測定値を用いて演算処理するときの桁数等の解析条件を
取得したり、図10に示された画面表示例のように、計
測ユニット部20を構成する各測定器の仕様や補正係数
等のシステムセットアップ情報を取得したりする。
The setting unit 11 has a function of acquiring an instruction on the type of measurement, conditions, and the like from the operator and storing the instruction as a file, as listed in the pull-down menu shown in FIG. 5B. Having. Specifically, a comment such as a sample name added to the measurement data is acquired as in the screen display example shown in FIG. 6, or the sample is displayed on the sample as in the screen display example shown in FIG. Acquisition of measurement conditions such as the applied current value, acquisition of measurement conditions related to temperature control of the sample 34 by the cryostat 31 as in the screen display example shown in FIG. 8, and display of the screen table shown in FIG. As shown in the example,
Analysis conditions such as the number of digits when performing arithmetic processing using the measured values are obtained, and the specifications and correction coefficients of each measuring device constituting the measuring unit unit 20 are acquired as in the screen display example shown in FIG. Or get system setup information.

【0024】なお、「測定の種類」には、ホール起電圧
を測定するホール効果測定の他に、試料の電極間抵抗を
測定するオーミック測定、Van Der Pauw法による比抵抗
測定等が含まれる。表示部12は、測定部15によって
得られた測定結果をCRT等に表示出力する機能を有
し、図5(c)に示されたプルダウンメニューに列挙さ
れているように、オーミック測定の詳細な結果を表示し
たり、比抵抗測定の詳細な結果を表示したり、ホール効
果測定の詳細結果を表示したり、それら各測定における
主要な結果だけを温度ごとにまとめた測定結果一覧を表
示したり、測定中に得られた測定値等のデータをリアル
タイムに表示したりする。
The "kind of measurement" includes an ohmic measurement for measuring a resistance between electrodes of a sample, a specific resistance measurement by a Van Der Pauw method, and the like, in addition to a Hall effect measurement for measuring a Hall electromotive voltage. The display unit 12 has a function of displaying and outputting the measurement results obtained by the measurement unit 15 on a CRT or the like, and as detailed in the pull-down menu shown in FIG. Displays results, displays detailed results of resistivity measurement, displays detailed results of Hall effect measurement, displays a list of measurement results that summarizes only the main results of each measurement for each temperature And display data such as measured values obtained during the measurement in real time.

【0025】グラフ部13は、測定部15によって得ら
れた測定結果をグラフにしてCRT等に表示出力する機
能を有し、図5(d)に示されたプルダウンメニューに
列挙されているように、電極間抵抗の電流依存性を示す
オーミック特性のグラフを表示したり、ホール起電圧の
温度依存性を示す温度特性のグラフを表示したりする。
The graph section 13 has a function of graphing the measurement results obtained by the measurement section 15 and displaying and outputting the graph on a CRT or the like. As shown in the pull-down menu shown in FIG. In addition, a graph of ohmic characteristics indicating the current dependency of the inter-electrode resistance is displayed, and a graph of temperature characteristics indicating the temperature dependency of the Hall electromotive voltage is displayed.

【0026】ファイル部14は、設定部11により操作
者から取得されたパラメータや、測定部15により計測
ユニット部20から読み出された測定値等が記録された
データファイルの管理を行う機能を有し、図5(e)に
示されたプルダウンメニューに列挙されているように、
ハードディスク等に格納されている各ファイルの内容を
詳細に一覧表示したり、指定されたファイルを開いてメ
モリにデータを読み込んだり、メモリにある測定結果を
測定条件等とともにハードディスクに保存したり、測定
条件だけをハードディスクに保存したり、測定結果だけ
をハードディスクに保存したり、メモリにある測定結果
等をプリンタに印刷出力したり、プリンタの機種を設定
したり、ACホール測定装置100の動作を終了させた
りする。
The file section 14 has a function of managing a data file in which parameters acquired from the operator by the setting section 11 and measured values read from the measuring unit section 20 by the measuring section 15 are recorded. Then, as listed in the pull-down menu shown in FIG.
Displays a detailed list of the contents of each file stored on the hard disk, etc., opens a specified file and reads data into memory, saves measurement results in memory along with measurement conditions, etc. to the hard disk, performs measurement Saves only the conditions to the hard disk, saves only the measurement results to the hard disk, prints out the measurement results and the like in the memory to a printer, sets the printer model, and terminates the operation of the AC hole measurement device 100 Or let it.

【0027】測定部15は、計測ユニット部20の各測
定器と通信しながらホール効果等の自動測定を行う機能
を有し、図5(f)に示されたプルダウンメニューに列
挙されているように、設定部11によって設定された測
定条件に従って測定を開始し、得られた測定値等を画面
に表示するとともにファイルとしてハードディスクに保
存したり、指定した温度スイープの途中から測定を開始
したり、得られた測定値が時間的に安定しないために安
定判別の処理ループから抜け出さない状態に陥ったとき
に強制的に抜け出したり、測定中に強制的に測定を終了
させたりする。
The measuring section 15 has a function of automatically measuring the Hall effect and the like while communicating with each measuring instrument of the measuring unit section 20, and is listed in the pull-down menu shown in FIG. In the meantime, the measurement is started according to the measurement conditions set by the setting unit 11, the obtained measured values and the like are displayed on the screen and saved on a hard disk, or the measurement is started from the middle of the designated temperature sweep, When the obtained measurement value is not stable with time, the state is not exited from the stability determination processing loop. For example, the measurement value is forcibly exited, or the measurement is forcibly terminated during the measurement.

【0028】確認機能部16は、計測ユニット部20を
構成する測定器等の動作を個別に確認する機能を有し、
図5(g)に示されたプルダウンメニューに列挙されて
いるように、操作者からの指示に基づいて各測定器に特
定のコマンドを送信する等の手動設定を行ったり、それ
ら測定器等を初期状態に戻し、この確認機能を終了した
りする。
The confirmation function unit 16 has a function of individually confirming the operation of measuring instruments and the like constituting the measuring unit unit 20.
As enumerated in the pull-down menu shown in FIG. 5 (g), manual settings such as transmitting a specific command to each measuring device based on an instruction from the operator are performed, and the measuring devices and the like are set. It returns to the initial state and terminates this confirmation function.

【0029】オプション部17は、このACホール測定
装置100が装備する付属的な機能であり、図5(h)
に示されたプルダウンメニューに列挙されているよう
に、制御部10に接続されている全ての測定器等を初期
化したり、データ保存時に、操作者が指定した専用のフ
ァイル形式でデータを保存するためのオプションプログ
ラムを起動したり、測定結果が操作者により指定された
範囲内に入っているか否かを判定したり、このACホー
ル測定装置100の制御プログラムのバージョンを表示
したり、その他の測定(磁気抵抗測定、ゼーベック測
定)を実行したりする。
The optional section 17 is an additional function provided in the AC hole measuring apparatus 100, and is shown in FIG.
As shown in the pull-down menu shown in (1), all the measuring instruments and the like connected to the control unit 10 are initialized, and when saving data, the data is saved in a dedicated file format designated by the operator. To determine whether the measurement result is within the range specified by the operator, display the version of the control program of the AC hall measurement device 100, and perform other measurements. (Magnetic resistance measurement, Seebeck measurement).

【0030】次に、以上のように構成された本ACホー
ル測定装置100の特徴的な動作を説明する。図11〜
図13は、このACホール測定装置100による交流磁
場でのホール効果測定における動作手順の大きな流れ、
即ち、設定部11によって設定された測定条件に従って
測定部15が交流磁場によるホール効果測定を実行する
場合の処理の流れを示す階層化されたフローチャートで
ある。図11は、このホール効果測定における全体の流
れを示し、図12は、図11に示された2つのステップ
S50及びS51それぞれに共通する測定(以下、「シ
ングル測定」と呼ぶ。)の詳細な流れを示し、図13
は、さらに、図12に示された3つのステップS60、
S61及びS62それぞれに共通する測定(以下、「基
本単位測定」と呼ぶ。)の詳細な流れを示す。
Next, the characteristic operation of the AC hole measuring apparatus 100 configured as described above will be described. FIG.
FIG. 13 shows a large flow of an operation procedure in the Hall effect measurement in an AC magnetic field by the AC Hall measurement device 100,
That is, it is a hierarchical flow chart showing the flow of processing when the measuring unit 15 executes the Hall effect measurement using the AC magnetic field in accordance with the measurement conditions set by the setting unit 11. FIG. 11 shows the overall flow of the Hall effect measurement, and FIG. 12 shows the details of the measurement (hereinafter, referred to as “single measurement”) common to each of the two steps S50 and S51 shown in FIG. The flow is shown in FIG.
Further includes three steps S60 shown in FIG.
A detailed flow of measurement common to each of S61 and S62 (hereinafter, referred to as “basic unit measurement”) will be described.

【0031】このホール効果測定においては、図11に
示されるように、ACホール測定装置100は、まず、
試料34の電極No.1とNo.3とを電流印加端子と
してシングル測定を実行し(ステップS50)、次に、
電極No.2とNo.4とを電流印加端子として同様の
シングル測定を実行する(ステップS51)。そして、
これら2つのシングル測定(以下、これら2つの「シン
グル測定」を「ダブル測定」と呼ぶ。)によって得られ
た測定値に基づいて、ホール起電圧(ベクトル)の絶対
値についての処理及び評価と(ステップS52)、位相
についての処理及び評価と(ステップS53)、測定値
のばらつきの範囲の推定、即ち、真値の推定と(ステッ
プS54)、キャリアタイプの判定とを行い(ステップ
S55)、最後に、それらの処理によって得られた結果
の表示出力を行う(ステップS55)。
In this Hall effect measurement, as shown in FIG.
The electrode No. of the sample 34. 1 and No. 3 is used as a current application terminal to perform a single measurement (step S50).
Electrode No. 2 and No. 4 is used as a current application terminal to perform the same single measurement (step S51). And
Based on the measured values obtained by these two single measurements (hereinafter, these two “single measurements” are referred to as “double measurements”), processing and evaluation of the absolute value of the Hall electromotive voltage (vector) and ( (Step S52), phase processing and evaluation (Step S53), estimation of a range of variation in measured values, that is, estimation of a true value (Step S54), and determination of a carrier type are performed (Step S55). Next, a display output of the result obtained by those processes is performed (step S55).

【0032】シングル測定(図11のステップS50及
びS51)においては、図12に示されるように、ま
ず、2つの試料電極(No.1とNo.3、又は、N
o.2とNo.4)に対して、順(正)方向に電流Is
を印加して基本単位測定を行い(ステップS60)、次
に、その逆(負)方向に電流Isを印加して同様の基本
単位測定を行い(ステップS61)、再び、順(正)方
向に電流Isを印加して同様の基本単位測定を行い(ス
テップS62)、最後に、それら3つの基本単位測定で
得られた測定値(ベクトル)に対して、絶対値について
の処理及び評価と(ステップS63)、位相についての
処理及び評価とを行う(ステップS64)。
In the single measurement (steps S50 and S51 in FIG. 11), first, as shown in FIG. 12, two sample electrodes (No. 1 and No. 3 or N
o. 2 and No. 4), the current Is in the forward (positive) direction
Is applied to perform a basic unit measurement (step S60), and then a current Is is applied in the reverse (negative) direction to perform the same basic unit measurement (step S61), and again in the forward (positive) direction. The same basic unit measurement is performed by applying the current Is (step S62). Finally, the absolute values are processed and evaluated for the measured values (vectors) obtained by the three basic unit measurements (step S62). In step S63, the phase is processed and evaluated (step S64).

【0033】さらに、基本単位測定(図12のステップ
S60、S61及びS62)においては、図13に示さ
れるように、まず、定電流源21により、指定された2
つの試料電極に対して、指定された方向に電流Isを印
加した後に(ステップS70)、基準信号発生部26a
による基準信号の発生を開始させることによって、試料
34に交流磁場Bを印加するとともに、その磁場に追随
して変化するホール起電圧(ベクトル)をAC同期信号
アナライザ26でN回連続サンプリングする(ステップ
S71)。そして、それらサンプリング値の平均値D
(ベクトル)を算出するとともに(ステップS72)、
その平均値Dに対する標準偏差の絶対値Sdを算出し
(ステップS73)、それら平均値Dと標準偏差Sdに
対して、バッファアンプ24a、bのゲイン、プリアン
プ25のゲイン及びAC同期信号アナライザ26におけ
るアンプ系の周波数特性の補正を施す(ステップS7
5)。最後に、電流計23により、実際に試料に流れる
電流isを実測する(ステップS75)。
Further, in the basic unit measurement (steps S60, S61 and S62 in FIG. 12), as shown in FIG.
After applying the current Is to the sample electrodes in the designated direction (step S70), the reference signal generator 26a
, The AC magnetic field B is applied to the sample 34, and a Hall electromotive voltage (vector) that changes following the magnetic field is continuously sampled N times by the AC synchronous signal analyzer 26 (step). S71). Then, the average value D of the sampling values
(Step S72)
The absolute value Sd of the standard deviation with respect to the average value D is calculated (step S73), and the gains of the buffer amplifiers 24a and 24b, the gain of the preamplifier 25, and the AC synchronization signal analyzer 26 are calculated for the average value D and the standard deviation Sd. Correcting the frequency characteristic of the amplifier system (step S7)
5). Finally, the current is flowing through the sample is actually measured by the ammeter 23 (step S75).

【0034】次に、これら図11〜図13に示された各
ステップでの制御及び計算処理の詳細な内容について、
「基本単位測定」、「シングル測定」、「ダブル測定」
の順に説明する。なお、図14は、これら詳細な説明で
用いられる記号の意味と算出過程を示す図である。つま
り、図14(a)は、設定部11により設定される測定
条件及び初期条件を構成する記号の意味を示し、図14
(b)は、3種類の測定(「基本単位測定」、「シング
ル測定」及び「ダブル測定」)において得られる測定値
及びその測定値から導出される値の記号を、導出過程に
対応する矢印線とともに示している。 [基本単位測定](図13のフローチャートに示された
各ステップの詳細) a.ステップS70 定電流源21により試料34に電流Isを印加し、系が安
定状態に達するまで待つ。具体的には、 a-1.電流計23の値を一定時間(サンプリング時間)間
隔で読み取る。連続N回(安定回数)の読値の変動率が
基準値(安定条件%)以下となれば、安定に達したとし
て、次に進む。ただし、一定回数(最大測定回数)測定
しても安定に達しない場合は、このような「安定待ち」
を放棄し、次に進む。この場合はデータに#印をつけて
表示出力する。
Next, the detailed contents of the control and calculation processing in each step shown in FIGS. 11 to 13 will be described.
"Basic unit measurement", "Single measurement", "Double measurement"
Will be described in this order. FIG. 14 is a diagram showing the meanings of symbols used in the detailed description and the calculation process. That is, FIG. 14A shows the meanings of the symbols constituting the measurement conditions and the initial conditions set by the setting unit 11, and FIG.
(B) indicates the measurement values obtained in the three types of measurement (“basic unit measurement”, “single measurement”, and “double measurement”) and the symbols of the values derived from the measurement values by arrows corresponding to the derivation process. It is shown with a line. [Basic unit measurement] (Details of each step shown in the flowchart of FIG. 13) a. Step S70 The constant current source 21 applies the current Is to the sample 34, and waits until the system reaches a stable state. Specifically, a-1. The value of the ammeter 23 is read at regular intervals (sampling time). If the rate of change of the readings for N consecutive times (the number of stable times) is equal to or less than the reference value (stability condition%), it is determined that the stability has been reached and the process proceeds to the next step. However, if stability is not reached even after a certain number of measurements (maximum number of measurements), such a "wait for stability"
Abandon and proceed. In this case, the data is marked and output for display.

【0035】a-2.定電流源21のコンプライアンス電圧
(Vcomp.)を電圧計(図示されていない)で一定時間(サ
ンプリング時間)間隔で読む。連続N回(安定回数)の
読値の変動率が基準値(安定条件%)以下となれば、安
定に達したとして、次に進む。一定回数(最大測定回
数)測定しても安定に達しない場合は、このような「安
定待ち」を放棄し、次に進む。この場合はデータに#印
をつけて表示出力する。 b.ステップS71 磁場Bを印加(具体的には、AC同期信号アナライザ2
6の基準信号発生部26aによる発振をスタート)しな
がら、試料34のホール起電圧(Vhi-Vlo間の電圧)を
測定し、周波数Freq[Hz]成分のみを取り出して複素数
(ベクトル)の型式で表現した値(具体的には、AC同
期信号アナライザ26の交流電圧測定部26c及び位相
測定部26dでの測定値)を連続して記録する。これら
の読値(ベクトル)をa1,a2,...ai,...とし、読値が安
定値に達するまで待つ。具体的には、 b-1.ajをjについて、微分間隔skで微分したものを、以
下の通り、bjとする。skが1のときは連続微分となる。
A-2. Compliance voltage of constant current source 21
(Vcomp.) Is read by a voltmeter (not shown) at regular time intervals (sampling time). If the rate of change of the readings for N consecutive times (the number of stable times) is equal to or less than the reference value (stability condition%), it is determined that the stability has been reached and the process proceeds to the next step. If the stability has not been reached even after a certain number of measurements (maximum number of measurements), such a "stability wait" is abandoned, and the process proceeds to the next step. In this case, the data is marked and output for display. b. Step S71 Apply the magnetic field B (specifically, the AC synchronization signal analyzer 2
6), while measuring the Hall electromotive voltage (voltage between Vhi and Vlo) of the sample 34, extracting only the frequency Freq [Hz] component, and using a complex number (vector) model. The expressed values (specifically, the measurement values of the AC voltage measurement unit 26c and the phase measurement unit 26d of the AC synchronization signal analyzer 26) are continuously recorded. Let these readings (vectors) be a1, a2,... Ai,... And wait until the readings reach a stable value. Specifically, a value obtained by differentiating b-1.aj with respect to j at a differentiation interval sk is defined as bj as follows. When sk is 1, continuous differentiation is performed.

【0036】[0036]

【数1】 (Equation 1)

【0037】b-2.試料のシート抵抗値rsheetや磁場周波
数Freqを考慮してスムージング回数smを決め、bjをスム
ージング(単純移動平均)したものを、以下の通り、cj
とする。
B-2. The number of smoothing times sm is determined in consideration of the sheet resistance value rsheet of the sample and the magnetic field frequency Freq, and bj is smoothed (simple moving average) as follows.
And

【0038】[0038]

【数2】 (Equation 2)

【0039】b-3.cjベクトルの位相をjについて微分し
た値の絶対値を、以下の通り、位相変動角度pjとする。
B-3. The absolute value of the value obtained by differentiating the phase of the cj vector with respect to j is defined as the phase variation angle pj as follows.

【0040】[0040]

【数3】 (Equation 3)

【0041】b-4.位相変動角度pjがrnd回連続してrph度
を越したとき、測定値が安定したと判断する。例えば
rnd=4,rph=45の場合は、
B-4. When the phase variation angle pj exceeds rph degrees consecutively rnd times, it is determined that the measured value has been stabilized. For example
If rnd = 4, rph = 45,

【0042】[0042]

【数4】 (Equation 4)

【0043】で安定したと判断する。なお、読値がまだ
安定値に達せず、安定値に向かってドリフトしつつある
状態では、ノイズによるランダムなふらつきよりもドリ
フト速度の方が大きいことを意味する。つまり、読値の
微分ベクトルはある一定の方向に向かっていて、その角
度(位相)の微分値は0度を中心に、ほぼ±45度の範囲
に入ってくる。しかし一旦安定値に達すると、読値は安
定値を中心にランダムなふらつきを示すので、微分ベク
トルの向きも一定しないでランダムになる。つまり位相
角の微分値も±180度の範囲のランダムな値を取るよう
になる。
Is determined to be stable. Note that in a state where the reading has not yet reached the stable value and is drifting toward the stable value, it means that the drift speed is higher than random fluctuation due to noise. That is, the differential vector of the reading value is directed in a certain direction, and the differential value of the angle (phase) falls within a range of approximately ± 45 degrees centering on 0 degree. However, once the stable value is reached, the readings show random wander around the stable value, and the direction of the differential vector becomes random without being constant. That is, the differential value of the phase angle also takes a random value in the range of ± 180 degrees.

【0044】ここで、この位相角の微分の絶対値が45度
を超える確率Pを計算すると、
Here, when calculating the probability P that the absolute value of the derivative of the phase angle exceeds 45 degrees,

【0045】[0045]

【数5】 (Equation 5)

【0046】これが4回連続して起きる確率P4は、The probability P4 that this occurs four times in succession is

【0047】[0047]

【数6】 (Equation 6)

【0048】測定をL回繰り返したとすると、その間に
4回連続45度以上となる確率PLは、
Assuming that the measurement is repeated L times, the probability PL of 45 degrees or more for four consecutive times during the measurement is as follows:

【0049】[0049]

【数7】 (Equation 7)

【0050】例えばL=9,15とするとFor example, if L = 9,15

【0051】[0051]

【数8】 (Equation 8)

【0052】これにより、少なくとも9回測定を繰り返
すとほぼ90%、15回では99%の確率でこの現象が
発生することがわかる。 b-5.このときのpjに対応するj番目のAC同期信号アナ
ライザ26の読値ajから(N-1)個さかのぼった読値aj-N+
1までを、N個の測定結果(生デ−タ)とする。
From this, it can be seen that this phenomenon occurs with a probability of approximately 90% when the measurement is repeated at least 9 times, and 99% when the measurement is repeated 15 times. b-5. The readings aj-N + that are (N-1) retrospective readings from the reading aj of the j-th AC synchronous signal analyzer 26 corresponding to pj at this time
Up to 1 are defined as N measurement results (raw data).

【0053】[0053]

【数9】 (Equation 9)

【0054】なお、図9の画面表示例に示されているよ
うに、AC磁場解析モードが、Fastの場合はsk=1,rnd=4,r
ph=30に、Normalの場合はsk=2,rnd=4,rph=45に、HiAccu
racyの場合はsk=3,rnd=4,rph=45に、各々設定する。し
たがって、Nは、6から8までの値をとり得るる。 c.ステップS72 N個のデ−タd1,d2,...dNの平均(単純ベクトル加算)値
を、以下の通り、Dとする。
As shown in the screen display example of FIG. 9, when the AC magnetic field analysis mode is Fast, sk = 1, rnd = 4, r
ph = 30, Normal: sk = 2, rnd = 4, rph = 45, HiAccu
For racy, set sk = 3, rnd = 4, rph = 45, respectively. Therefore, N can take values from 6 to 8. c. Step S72 The average (simple vector addition) value of the N pieces of data d1, d2,.

【0055】[0055]

【数10】 (Equation 10)

【0056】d.ステップS73 平均値Dに対するd1,...dNの標準偏差(ベクトル)の絶
対値を、以下の通り、Sdとする。
D. Step S73 The absolute value of the standard deviation (vector) of d1,... DN with respect to the average value D is defined as Sd as follows.

【0057】[0057]

【数11】 [Equation 11]

【0058】e.ステップS74 DおよびSdに対して、以下の通り、バッファアンプ24
a、bのゲインGba、プリアンプ25のゲインGpa、アン
プ系の周波数特性Famp(ベクトル)による補正をほどこ
す。
E. For steps S74 D and Sd, the buffer amplifier 24
The correction is performed by the gain Gba of a and b, the gain Gpa of the preamplifier 25, and the frequency characteristic Famp (vector) of the amplifier system.

【0059】[0059]

【数12】 (Equation 12)

【0060】f.ステップS75 電流計23により、実際に試料中を流れる電流を実測
し、is(スカラ)とする。ただし、試料が低抵抗で、印
加電流値が比較的大きく(例えばis>1μA)、かつ、安
定しているために、測定電流isが印加電流Isに等しいと
見なせる場合は、実測せずに、Isに符号を付けた値をis
の値として用いる。 [シングル測定](図12のフローチャートに示された
各ステップの詳細) a.ステップS60 順(正)方向にIsを印加して基本単位測定を行ない、得
られたベクトル値DをD1+、標準偏差SdをSd1+、電流値is
をIs1+とする。 b.ステップS61 逆(負)方向にIsを印加して基本単位測定を行ない、得
られたベクトル値DをD1-、標準偏差SdをSd1-、電流値is
をIs1-とする。 c.ステップS62 再度、順(正)方向にIsを印加して基本単位測定を行な
い、得られたベクトル値DをD2+、標準偏差SdをSd2+、電
流値isをIs2+とする。 d.ステップS63 測定デ−タ(絶対値)の処理と評価をする。具体的に
は、d-1.D1+とD1-の差を計算し、以下の通り、その1/
2をDv1とする。
F. Step S75 The current actually flowing through the sample is actually measured by the ammeter 23, and is set as is (scalar). However, if the measured current is equal to the applied current Is because the sample has low resistance, the applied current value is relatively large (for example, is> 1 μA), and is stable, Is the value signed with Is
Is used as the value of. [Single measurement] (Details of each step shown in the flowchart of FIG. 12) a. Step S60 A basic unit measurement is performed by applying Is in the forward (positive) direction, and the obtained vector value D is D1 +, standard deviation. Sd is Sd1 +, current value is
Is Is1 +. b. Step S61 Basic unit measurement is performed by applying Is in the reverse (negative) direction, and the obtained vector value D is D1-, the standard deviation Sd is Sd1-, and the current value is
Is Is1-. c. Step S62 The basic unit measurement is performed by applying Is again in the forward (positive) direction, and the obtained vector value D is set as D2 +, the standard deviation Sd is set as Sd2 +, and the current value is set as Is2 +. d. Step S63 Process and evaluate the measurement data (absolute value). Specifically, the difference between d-1.D1 + and D1- is calculated, and 1 /
Let 2 be Dv1.

【0061】[0061]

【数13】 (Equation 13)

【0062】なお、このとき、個々の電流値isでDを割
ってホール係数(ホール起電圧)を求めることはしな
い。個々に割ってしまうとオフセットベクトル(ノイ
ズ)をうまくキャンセルできなくなるからである。 d-2.Sd1+とSd1-の2乗平均の平方根(D1+,D1-のばらつ
きは同じ条件である筈なので、標準偏差は根2乗平均で
求められる)をNの平方根で割った値を、以下の通り、
Sdv1とし、これをDv1に対するばらつきの範囲とみな
す。
At this time, the Hall coefficient (Hall electromotive voltage) is not obtained by dividing D by the individual current value is. This is because if they are divided individually, the offset vector (noise) cannot be canceled well. d-2. The value obtained by dividing the square root of the mean square of Sd1 + and Sd1- (the variance of D1 + and D1- should be the same condition, the standard deviation can be obtained by the root mean square) As follows,
Sdv1, which is regarded as a range of variation with respect to Dv1.

【0063】[0063]

【数14】 [Equation 14]

【0064】なお、Nの平方根で割る理由は、以下の通
りである。つまり、一般的に全くランダムにばらつきの
発生する測定器の測定値は、真の値を中心とする正規分
布になる。したがって、N回の測定の平均値をとると、
その標準偏差は、以下の通り、1回の測定値の場合の1
/Nになる。
The reason for dividing by the square root of N is as follows. That is, in general, the measurement values of a measuring instrument in which the fluctuations occur completely at random have a normal distribution centered on the true value. Therefore, taking the average of N measurements,
The standard deviation is 1 for one measurement as follows:
/ N.

【0065】[0065]

【数15】 (Equation 15)

【0066】しかし、ばらつきの発生がランダムではな
く、一定の要因によってばらつきが発生する場合、例え
ば、測定物の温度が変動することによって測定値が変化
する様な場合は、測定値を平均しても標準偏差は小さく
ならない。つまり、以下が成立する。
However, when the variation is not random and the variation is caused by a certain factor, for example, when the measured value changes due to a change in the temperature of the measured object, the measured values are averaged. Nor does the standard deviation decrease. That is, the following holds.

【0067】[0067]

【数16】 (Equation 16)

【0068】現実には、この両方の要素が混じっている
と思われるので、両者の相乗平均をとって、
In reality, it is considered that both of these factors are mixed.

【0069】[0069]

【数17】 [Equation 17]

【0070】として計算をする。 d-3.Is1+とIs1-の差の1/2を、以下の通り、平均電流
Isv1とする。
Is calculated. d-3. Half of the difference between Is1 + and Is1-
Isv1.

【0071】[0071]

【数18】 (Equation 18)

【0072】d-4.上記項d-1.と同様にD1-とD2+からDv2
を、上記項d-2.と同様にSd1-とSd2+からDv2に対するば
らつきの範囲Sdv2を、上記項d-3.と同様にIs1-とIs2+か
ら平均電流Isv2を、以下の通り、各々求める。
D-4. D1- and D2 + to Dv2 in the same manner as in the above item d-1.
Is determined from Sd1- and Sd2 + to Dv2 in the same manner as in the above section d-2, and the average current Isv2 from Is1- and Is2 + in the same manner as in the above section d-3.

【0073】[0073]

【数19】 [Equation 19]

【0074】d-5.Dv1とDv2の差を計算し、その1/2
を、以下の通り、Dsとする。
D-5. The difference between Dv1 and Dv2 is calculated, and
Is Ds as follows.

【0075】[0075]

【数20】 (Equation 20)

【0076】d-6.Isv1とIsv2の差を計算し、その1/2
を、以下の通り、Isvとする。
D-6. The difference between Isv1 and Isv2 is calculated, and
Is Isv as follows.

【0077】[0077]

【数21】 (Equation 21)

【0078】d-7.なお、ダブル測定を行わない(1回の
シングル測定のみの)場合は、ここで得られたデ−タDs
の絶対値を最終的なホール起電圧値として、以下の通
り、ホール抵抗Rs、ホール係数RH、キャリア濃度CC、移
動度MOを各々算出する。
D-7. When the double measurement is not performed (only one single measurement), the data Ds obtained here is used.
Is used as the final Hall electromotive voltage value, the Hall resistance Rs, the Hall coefficient RH, the carrier concentration CC, and the mobility MO are calculated as follows.

【0079】[0079]

【数22】 (Equation 22)

【0080】d-8.上記項d-2.項と同様の考え方で、Dsの
ばらつきの範囲Sdsは、以下の通り、Sdv1とSdv2の根2
乗平均となる。
D-8. Based on the same concept as in the above section d-2, the range Sds of the variation of Ds is as follows: the root 2 of Sdv1 and Sdv2.
It is a root mean square.

【0081】[0081]

【数23】 (Equation 23)

【0082】d-9.Dsの大きさに対するSdsの比をSDratio
とし、以下の通り、ノイズとして%単位で表示し、信頼
性の目安のひとつとする。
D-9. The ratio of Sds to the size of Ds is SDratio
As shown below, noise is displayed in units of%, which is one of the reliability measures.

【0083】[0083]

【数24】 (Equation 24)

【0084】d-10.SDratio(ノイズ%)は0が理想で、
0.1(10%)より小さければ良好とみなす。逆に1(100%)よ
り大きいとホール係数は勿論、キャリアタイプの判定も
怪しくなる。Nの平方根(上記項d-2.参照)を超えるよ
う(例えば、N=6なら245%以上)なら完全に測定は失
敗である。 e.ステップS64 位相デ−タの処理と評価をする。具体的には、 e-1.Dsの位相角を、以下の通り、Phsとする。Phが0度
の時はP型、180度の時はN型キャリアと判断する。
D-10. SDratio (% noise) is ideally 0,
If it is smaller than 0.1 (10%), it is considered good. Conversely, if it is larger than 1 (100%), the determination of the carrier type as well as the Hall coefficient becomes suspicious. If it exceeds the square root of N (see section d-2 above) (eg, 245% or more if N = 6), the measurement fails completely. e. Step S64 Process and evaluate the phase data. Specifically, the phase angle of e-1.Ds is Phs as follows. When Ph is 0 degree, it is determined to be a P-type carrier, and when 180 degree, it is determined to be an N-type carrier.

【0085】[0085]

【数25】 (Equation 25)

【0086】e-2.Dv1とDv2は、本来、大きさが同じで位
相が逆(反転)の関係にあるので、Dv1とDv2の和は0に
なる筈である。しかしばらつき誤差が大きいと値を持つ
ので、この和の半分を、以下の通り、Invとする。
E-2. Since Dv1 and Dv2 are originally of the same magnitude and of opposite phase (inverted), the sum of Dv1 and Dv2 should be zero. However, since there is a value when the variation error is large, half of this sum is defined as Inv as follows.

【0087】[0087]

【数26】 (Equation 26)

【0088】e-3.既述のDsに対するInvの絶対値の比
を、以下の通り、Inv.ratioとすることで、規格化(Norm
alize)できるので、これを位相反転性の指標とする。ま
た、単位を%に変換して、ドリフト率として表示する。
E-3. The ratio of the absolute value of Inv to Ds described above is standardized by setting Inv.ratio as follows:
alize), and this is used as an index of phase inversion. Also, the unit is converted to% and displayed as a drift rate.

【0089】[0089]

【数27】 [Equation 27]

【0090】e-4.Inv.ratio(ドリフト率)は0が理想
で、通常はSDratio(ノイズ%)と同程度の値を示す。S
Dratio(ノイズ%)より大きい場合や、1(100%)より大
きい場合は位相反転していない、つまりホール効果以外
による電圧が支配的である可能性が高くなる。e-5.Phs
は、0又は180度でなければいけない。それ以外の値をと
る場合は次の2通りのことが考えられる。
E-4. Inv.ratio (drift rate) is ideally 0, and usually shows a value almost equal to SDratio (noise%). S
When the ratio is larger than Dratio (noise%) or larger than 1 (100%), the phase is not inverted, that is, the possibility that the voltage other than the Hall effect is dominant increases. e-5.Phs
Must be 0 or 180 degrees. When taking other values, the following two cases can be considered.

【0091】e-5-1.上記項e-3.のInv.ratio(ドリフト
率)が大きい場合:ホール起電圧が顕著でなく、位相情
報そのものの信頼性が低い。つまり絶対値も含めて、で
たらめな値を示している可能性が高い。 e-5-2.試料が高抵抗の場合:ホール起電圧の内部抵抗が
高いため測定系入力部の時定数が大きくなり、入力信号
(ACホール起電圧)の位相がシフト(遅れ)する。こ
の場合はInv.ratio(ドリフト率)は大きくない。試料
抵抗に見合う程度のシフト量であれば正常な測定と言え
るが、シフト量が45度を超えるようだと正確な測定は困
難と思われる。ただし、ダブル測定によって、より確実
に確認することができる。 [ダブル測定](図11のフローチャートに示された各
ステップの詳細) a.ステップS50 試料端子No.1-3を電流印加端子としてシングル測定を行
ない、得られたデータDs,RsをDs5,Rs5、標準偏差SdsをS
ds5、印加電流値IsvをIs5、位相角PhsをPhs5とする。 b.ステップS51 試料端子No.2-4を電流印加端子としてシングル測定を行
ない、得られたデータDs,RsをDs6,Rs6、標準偏差SdsをS
ds6、印加電流値IsvをIs6、位相角PhsをPhs6とする。
E-5-1. When the Inv. Ratio (drift rate) of the above item e-3 is large: the Hall electromotive voltage is not remarkable, and the reliability of the phase information itself is low. That is, it is highly likely that the value indicates a random value including the absolute value. e-5-2. When the sample has high resistance: The internal resistance of the Hall electromotive voltage is high, so that the time constant of the input section of the measurement system increases, and the phase of the input signal (AC Hall electromotive voltage) shifts (delays). In this case, Inv.ratio (drift rate) is not large. It can be said that the measurement is normal if the shift amount is commensurate with the sample resistance, but it seems difficult to measure accurately if the shift amount exceeds 45 degrees. However, it can be confirmed more reliably by double measurement. [Double measurement] (Details of each step shown in the flowchart of FIG. 11) a. Step S50 A single measurement is performed using the sample terminal No. 1-3 as a current application terminal, and the obtained data Ds and Rs are converted to Ds5 and Rs5. , Standard deviation Sds
ds5, the applied current value Isv is Is5, and the phase angle Phs is Phs5. b. Step S51 A single measurement is performed using the sample terminal No. 2-4 as a current application terminal, and the obtained data Ds and Rs are Ds6 and Rs6, and the standard deviation Sds is S
ds6, the applied current value Isv is Is6, and the phase angle Phs is Phs6.

【0092】なお、上記データのうち、Ds5,Rs5,Ds6,Rs
6はベクトル、Sds5,Sds6,Is5およびIs6は各々スカラー
量である。 c.ステップS52 測定デ−タ(絶対値)の処理と評価をする。具体的に
は、 c-1.Ds5とDs6を各々の印加電流IS5,IS6で割ったもの(R
s5とRs6)の和を計算し、その1/2を、以下の通り、
平均ホール抵抗Rw(ベクトル)とする。
Note that among the above data, Ds5, Rs5, Ds6, Rs
6 is a vector, and Sds5, Sds6, Is5 and Is6 are scalar quantities, respectively. c. Step S52 Process and evaluate the measurement data (absolute value). Specifically, c-1. Ds5 and Ds6 divided by the applied currents IS5 and IS6 (R
s5 and Rs6) and calculate the half of the sum as follows:
The average Hall resistance Rw (vector) is used.

【0093】[0093]

【数28】 [Equation 28]

【0094】c-2.Is5とIs6の単純、加算平均値を、以下
の通り、Iw(スカラ)とする。
C-2. The simple and average value of Is5 and Is6 is defined as Iw (scalar) as follows.

【0095】[0095]

【数29】 (Equation 29)

【0096】c-3.Rwの絶対値にIwをかけたものを、以下
の通り、平均ホール起電圧Dw(スカラ)とする。
C-3. The average Hall electromotive voltage Dw (scalar) is obtained by multiplying the absolute value of Rw by Iw as follows.

【0097】[0097]

【数30】 [Equation 30]

【0098】c-4.Rwの絶対値をホール測定の最終値とし
て、ホール係数RH、キャリア濃度CC、移動度MOを、以下
の通り、各々算出する。
C-4. Using the absolute value of Rw as the final value of the Hall measurement, the Hall coefficient RH, the carrier concentration CC, and the mobility MO are calculated as follows.

【0099】[0099]

【数31】 (Equation 31)

【0100】c-5.Sds5とSds5の自乗和の根を比喩的にDw
の標準偏差と考え、以下の通り、Sdwとする。Dwの大き
さに対するSdwの比を、以下の通り、SDw.ratioとして信
頼性の目安の一つとする。また、単位を%に変換して、
ダブル測定時のノイズ%として表示する。
C-5. The root of the sum of squares of Sds5 and Sds5
And Sdw as follows. The ratio of Sdw to the magnitude of Dw is defined as SDw.ratio as one of the reliability measures as follows. Also, convert the unit to%,
Displayed as noise% during double measurement.

【0101】[0101]

【数32】 (Equation 32)

【0102】c-6.SDw.ratio(ダブル測定時のノイズ
%)は2つのSDratio(シングル測定時のノイズ%)の
和と同程度の値であればよい。SDratio(シングル測定
時のノイズ%)が小さいのにSDw.ratio(ダブル測定時
のノイズ%)が特に大きい場合は試料や電極のノンオ−
ミック性が考えられる。 d.ステップS53 位相デ−タの処理と評価をする。具体的には、 d-1.Rwの位相角を、以下の通り、ホール起電圧の極性を
示す位相Phwとし、Phwが0度の時はP型、180度の時は
N型キャリアと判断する。
C-6. SDw.ratio (noise% at the time of double measurement) may be about the same value as the sum of two SDratio (noise% at the time of single measurement). When SDratio (noise% during single measurement) is small but SDw.ratio (noise% during double measurement) is particularly large, non-operating of sample or electrode
Mickiness is considered. d. Step S53 Process and evaluate the phase data. Specifically, the phase angle of d-1.Rw is defined as a phase Phw indicating the polarity of the Hall electromotive voltage as follows. When Phw is 0 degree, it is determined to be a P-type carrier, and when Phw is 180 degrees, it is determined to be an N-type carrier. I do.

【0103】[0103]

【数33】 [Equation 33]

【0104】d-2.Rs5とRs6は本来同じ値であるべきだ
が、値が異なることがある。そこで、これらの差の、Rw
に対する絶対値の比を、以下の通り、アスペクト比Arat
ioとし、単位を%に変換したものを方向依存性として表
示し、試料(電極)の異方性(不均質性)を表す指標と
する。
D-2. Rs5 and Rs6 should originally be the same value, but the values may be different. Therefore, Rw of these differences
The ratio of the absolute value to
io, the unit converted to% is displayed as direction dependency, and is used as an index indicating the anisotropy (heterogeneity) of the sample (electrode).

【0105】[0105]

【数34】 (Equation 34)

【0106】d-3.Aratio(方向依存性)は0が理想で、
通常はSDratio(シングル測定時のノイズ%)と同程度
の値を示す。1(100%)より大きい場合は測定値としての
信頼性が極めて低い。この場合は次のことが考えられ
る。 d-3-1.試料電極のアンバランスと磁気抵抗や誘導によっ
てDs5とDs6が発生している場合:Ds5とDs6とでは論理的
電極配置から見た実際の電極位置は対称的であるので、
この場合にはお互いに逆位相となる(本来は同位相)。
そのため、Dwは、Ds5とDs6とが打ち消し合ってデータの
信頼性が乏しい。この場合はSDw.ratio(ダブル測定時
のノイズ%)がAratio(方向依存性)よりも小さい値を
とる。
D-3. Aratio (direction dependency) is ideally 0,
Normally, it shows a value similar to SDratio (noise% during single measurement). If it is larger than 1 (100%), the reliability as a measured value is extremely low. In this case, the following can be considered. d-3-1. When Ds5 and Ds6 are generated due to unbalance and magnetoresistance or induction of the sample electrode: Since the actual electrode positions of Ds5 and Ds6 are symmetrical from the viewpoint of the logical electrode arrangement,
In this case, the phases are opposite to each other (original phases are the same).
Therefore, Ds has poor data reliability because Ds5 and Ds6 cancel each other. In this case, SDw.ratio (noise% during double measurement) takes a value smaller than Ratio (direction dependency).

【0107】d-3-2.ホール効果以外の要因による電圧が
支配的である場合:全くデタラメな値をとる。この場合
はSDw.ratio(ダブル測定時のノイズ%)もAratio(方
向依存性)と同様に大きく、シングル測定時のInv.rati
o(ドリフト率)が大きいことからも、データが信頼で
きないことを確認できる場合が多い。
D-3-2. In the case where the voltage due to factors other than the Hall effect is dominant: The voltage takes on a completely dashed value. In this case, SDw.ratio (noise% in double measurement) is as large as Aratio (direction dependency), and Inv.rati in single measurement
Because of the large o (drift rate), it is often possible to confirm that the data is not reliable.

【0108】d-3-3.試料が高抵抗のため位相がマイナス
側にシフトしている場合:試料の内部抵抗や電極抵抗が
電極端子によって差があると、位相シフトの量に差が生
じる。この場合はInv.ratio(ドリフト率)は大きくな
く、Phwが0又は180度からシフトしていることで確
認できる。SDw.ratio(ダブル測定時のノイズ%)とAra
tio(方向依存性)が共に特に大きい場合は、比抵抗(Va
nDerPauw)測定時のノイズやF値(バランスファクター)
を見直す必要がある。 e.ステップS54 ばらつきの範囲(真値)を推定する。
D-3-3. When the phase is shifted to the negative side due to the high resistance of the sample: If the internal resistance or the electrode resistance of the sample is different between the electrode terminals, the amount of the phase shift will be different. . In this case, Inv.ratio (drift rate) is not large, and it can be confirmed that Phw is shifted from 0 or 180 degrees. SDw.ratio (Noise% during double measurement) and Ara
When both tio (direction dependence) are particularly large, the specific resistance (Va
nDerPauw) Noise and F value (balance factor) during measurement
Need to be reviewed. e. Step S54 A range (true value) of the variation is estimated.

【0109】e-1.測定値のばらつきの範囲を推定する。
試料が高抵抗のためPhwが0又は180度からマイナス
側にシフトする場合は、ホ−ル起電圧も実際より小さめ
に観測されるため真の値は測定値よりも大きい方にずれ
てバラツいている可能性がある。そこで、以下の通り、
位相シフト量Ph.shiftを用いてこのずれも推定する。た
だし、位相シフト量が90度を越える場合は推定不能とす
る。
E-1. Estimate the range of variation in measured values.
If the Phw shifts from 0 or 180 degrees to the negative side due to the high resistance of the sample, the Hall EMF is also observed to be smaller than the actual value, and the true value shifts to a larger value than the measured value and fluctuates. Could be. So,
This shift is also estimated using the phase shift amount Ph.shift. However, when the amount of phase shift exceeds 90 degrees, estimation is impossible.

【0110】[0110]

【数35】 (Equation 35)

【0111】e-2.Ds5とDs6のばらつきの範囲の和から、
以下の通り、Rwのばらつきの範囲(Rwmin-Rwmax) を求
める。
E-2. From the sum of the variation ranges of Ds5 and Ds6,
The range of variation of Rw (Rwmin-Rwmax) is determined as follows.

【0112】[0112]

【数36】 [Equation 36]

【0113】ただし、However,

【0114】[0114]

【数37】 (37)

【0115】とする。なお、Rwmin,Rwmaxは、スカラ量
である。Sds'は、試料が高抵抗の時、ホール起電圧値の
減衰を便宜的に修正するためのものである。なお、シン
グル測定のみしか行わない時は、
It is assumed that Note that Rwmin and Rwmax are scalar quantities. Sds' is for correcting the attenuation of the Hall electromotive force value when the sample has a high resistance. When only single measurement is performed,

【0116】[0116]

【数38】 (38)

【0117】を用いる。 e-3.Aratio(方向依存性)が大きいためにDwがDsの値よ
りもかなり小さくなってしまう場合は、Dsの値に基づい
て算出したRwminが現実的でなくなる可能性がある。そ
の場合は、以下の通り、Dwの値に基づいてあらためてRw
minを計算し直す。
Is used. If Dw is considerably smaller than the value of Ds due to a large e-3.Aratio (direction dependency), Rwmin calculated based on the value of Ds may not be realistic. In that case, as shown below, based on the value of Dw,
Recalculate min.

【0118】もしIf

【0119】[0119]

【数39】 [Equation 39]

【0120】ならIf

【0121】[0121]

【数40】 (Equation 40)

【0122】とする。 e-4.Rw/s.minから求めたホール係数、キャリア濃度、移
動度を各々RHmin,CCmax,MOminとし、Rw/s.maxから求め
たそれらをRHmax,CCmin,MOmaxとして、以下の通り、RH,
CC,MOの真の値の範囲をそれぞれ推定する。ただし、Rw/
s.minが負の場合は、RHminとMOminは0とし、CCmaxは無
限大とする。
It is assumed that e-4.Hall coefficient obtained from Rw / s.min, carrier concentration, and mobility are respectively RHmin, CCmax, and MOmin, and those obtained from Rw / s.max are RHmax, CCmin, and MOmax, as follows. RH,
The true value ranges of CC and MO are estimated respectively. However, Rw /
When s.min is negative, RHmin and MOmin are set to 0, and CCmax is set to infinity.

【0123】[0123]

【数41】 [Equation 41]

【0124】e-5.試料が高抵抗で位相シフトがある場
合、ホ−ル起電圧の真の値を位相シフト量Ph.shiftの余
弦を用いてこれを補正することもできる。ただし、これ
は便宜的なオプションで理論的な根拠はなく、あくまで
目安として用いる。
E-5. If the sample has a high resistance and a phase shift, the true value of the Hall electromotive voltage can be corrected using the cosine of the phase shift amount Ph.shift. However, this is a convenient option and has no theoretical basis, and is used only as a guide.

【0125】[0125]

【数42】 (Equation 42)

【0126】f.ステップS55 試料34のキャリアタイプを判定する。具体的には、 f-1.ダブル測定で得られた位相角Phwにもとづいてキャ
リアタイプを判定する。なお、シングル測定しか行なわ
ない場合は、Phwの代わりにPhs(ステップS64の項目
aを参照)を用いる。
F. Step S55 The carrier type of the sample 34 is determined. Specifically, the carrier type is determined based on the phase angle Phw obtained by f-1. Double measurement. When only a single measurement is performed, Phs is replaced with Phs (step S64).
a)).

【0127】f-2.Phwが0度の時はP型、180度の時はN
型と判断するのが原則であるが、実際には位相角にばら
つきがあるので、次のように規定する。
F-2. P-type when Phw is 0 degree, N-type when Phw is 180 degree
Although it is a rule to judge the type, since the phase angle actually varies, it is defined as follows.

【0128】[0128]

【数43】 [Equation 43]

【0129】f-3.上記以外の位相角については曖昧さが
あるため、以下の通り、判定に?マ−クを付けて表示す
る。
F-3. Since there is ambiguity in the phase angles other than those described above, the judgment is displayed with a mark as shown below.

【0130】[0130]

【数44】 [Equation 44]

【0131】f-4.SDw.ratio(ダブル測定時のノイズ
%)かAratio(方向依存性)が100%を越えている場合
は、位相角の値そのものの信頼性が低いため、以下の通
り、キャリアタイプの判定をせず?マ−クのみを表示す
る。シングル測定時のInv.ratio(ドリフト率)が100%
を越えている場合も、同じ理由で?マ−クのみを表示す
る。 ? f-5.SDw.ratio(ダブル測定時のノイズ%)かAratio
(方向依存性)が100%を越えないまでも30%を越えてい
る場合は、キャリアタイプの判定にも多少の影響がある
と考えられるので、以下の通り、判定に?マ−クを付け
て表示する。シングル測定時のInv.ratio(ドリフト
率)が30%を越えている場合も、同じ理由で?マ−クを付
けて表示する。
F-4. When SDw.ratio (noise% during double measurement) or Aratio (direction dependency) exceeds 100%, the reliability of the phase angle value itself is low, so that Only the mark is displayed without judging the carrier type. Inv.ratio (drift rate) at single measurement is 100%
When the number exceeds the limit, only the? Mark is displayed for the same reason. ? f-5.SDw.ratio (% of noise in double measurement) or Aratio
If the (direction dependency) exceeds 30% even if it does not exceed 100%, it is considered that there is some influence on the determination of the carrier type. To display. If the Inv.ratio (drift rate) during single measurement exceeds 30%, it is displayed with a mark for the same reason.

【0132】 P? または N? f-6.上記項f-3.と項f-5.が同時に成立する場合には、以
下の通り、?マ−クが2つ付いて表示されることにな
る。 P?? または N?? 図15は、ACホール測定装置100による交流磁場で
のホール効果測定の結果を示す画面表示例である。つま
り、設定部11により設定された測定条件に従って、測
定部15がホール効果の測定を実行し、その結果得られ
た測定値と演算結果とを表示出力したものである。
[0132] P? Or N? F-6. If the above item f-3. And item f- 5 . Are satisfied at the same time, two? Marks are displayed as follows. Become. P ?? or N ?? FIG. 15 is a screen display example showing the result of the Hall effect measurement by an AC magnetic field measurement apparatus 100 using an AC magnetic field. That is, the measurement unit 15 executes the measurement of the Hall effect according to the measurement conditions set by the setting unit 11, and displays and outputs the measured values and the calculation results obtained as a result.

【0133】本図に示された各項目(1)〜(27)の
意味は、以下の通りである。 (1)温度スイープ番号 右の項目(2)に表示されている測定温度(測定点)の
温度スイープにおける番号である。 (2)測定温度 この画面に表示されている測定結果に対応する試料の温
度である。 (3)接続端子 項目(5)のリストボックスに表示されている電圧値の
接続端子(試料の電極番号)を示す。なお、この項目
は、操作者により変更することができる。 (4)電圧測定値 各接続端子のAC同期信号アナライザ26による読み値
(電圧値と位相)を示す。 (5)1−3間端子 試料のNo.1−3間端子に電流を印加した場合の測定
結果を示す。 (6)2−4間端子 試料のNo.2−4間端子に電流を印加した場合の測定
結果を示す。 (7)電流[A] シングル測定における電流計23の読み値Is1+、Is1
-、Is2+を示す。 (8)電圧[V] シングル測定における交流電圧測定部26cによる平均
電圧値D1+、D1-、D2+を示す。バッファアンプ24
a、b、プリアンプ25のゲイン補正等を行った後の値
である。 (9)位相[度] シングル測定における位相測定部26dによる平均位相
値を示す。各測定器や接続ケーブル等のシステムの位相
補正等を行った後の値である。 (10)ノイズ[V] シングル測定におけるAC同期信号アナライザ26によ
る電圧、位相の標準偏差を電圧値で表した値Sd1+、Sd
1-、Sd2+である。 (11)<<端子間ホール電圧>>+/− 各端子の(+)電流と(-)電流でのAC同期信号アナライザ
26の電圧、位相から計算して得られたホール起電圧D
v1、位相、ノイズSdV1を示す。 (12)<<端子間ホール電圧>>−/+ 各端子の(-)電流と(+)電流でのAC同期信号アナライザ
26の電圧、位相から計算して得られたホール起電圧D
v2、位相、ノイズSdV2を示す。 (13)<<端子間ホール電圧>>ノイズ[V] 各端子でのホール起電圧のばらつきの範囲Sdsを示す。 (14)<<端子間ホール電圧>>[%] 各端子でのホール起電圧に対するノイズの比を示す。 (15)<<端子間ホール電圧>>ドリフト率[%] 各端子での電流を(+)電流から(-)電流、(-)電流から(+)
電流にした場合のAC同期信号アナライザ26の位相の
再現性Inv.ratioを示す。 (16)<<総合結果>>ホール起電圧[V] 総合結果としてのホール起電圧Ds又はDwを示す。 (17)<<総合結果>>位相[度] 総合結果としての位相Phwを示す。 (18)<<総合結果>>ノイズ[V] 総合結果としてのノイズSDw.ratioを示す。 (19)<<総合結果>>[%] 総合結果としてのホール起電圧に対するノイズの比を示
す。 (20)<<総合結果>>方向依存性[%] No.1−3間端子の結果(Rs5)とNo.2−4間端
子の結果(Rs6)が同じであるかを示す。具体的には、
総合結果のRw(=Dw/Is)に対する絶対値の比を方
向依存性とし、試料の異方性(不均質性)を示す。 (21)キャリアタイプ 総合結果の位相Phwから決定される試料のキャリアタイ
プを示す。 (22)ホール係数 総合結果のホール起電圧から決定されるホール係数を示
す。 (23)キャリア濃度 総合結果のホール起電圧から決定されるキャリア濃度を
示す。 (24)シートキャリア濃度 キャリア濃度を試料の厚みで割った値を示す。 (25)移動度 総合結果のホール起電圧から決定される試料の移動度を
示す。 (26)最小値−最大値 各項目(22)〜(25)の値の最小値と最大値を示
す。 (27)その他 他の付属的な測定結果(交流磁場の周波数等)を示す画
面に切り替えるためのボタンである。
The meaning of each of the items (1) to (27) shown in the figure is as follows. (1) Temperature sweep number This is the number in the temperature sweep of the measurement temperature (measurement point) displayed in item (2) on the right. (2) Measurement temperature This is the temperature of the sample corresponding to the measurement result displayed on this screen. (3) Connection terminal Indicates the connection terminal (electrode number of the sample) of the voltage value displayed in the list box of item (5). This item can be changed by the operator. (4) Measured voltage value The value (voltage value and phase) read by the AC synchronization signal analyzer 26 at each connection terminal is shown. (5) Terminal between 1-3 No. of sample The measurement result when a current is applied to the terminal between 1-3 is shown. (6) Terminal between 2 and 4 No. of sample The measurement results when a current is applied to the terminal between 2 and 4 are shown. (7) Current [A] Read values Is1 +, Is1 of ammeter 23 in single measurement
-, Is2 +. (8) Voltage [V] Indicates the average voltage values D1 +, D1-, and D2 + by the AC voltage measurement unit 26c in the single measurement. Buffer amplifier 24
a, b, values after performing gain correction and the like of the preamplifier 25. (9) Phase [degree] Indicates the average phase value by the phase measurement unit 26d in the single measurement. This is a value after performing phase correction and the like of each measuring instrument, connection cable, and other systems. (10) Noise [V] Values Sd1 + and Sd representing voltage and phase standard deviations by AC synchronous signal analyzer 26 in single measurement.
1-, Sd2 +. (11) << Hall voltage between terminals >> +/- Hall electromotive voltage D obtained by calculating from the voltage and phase of the AC synchronous signal analyzer 26 at the (+) current and the (-) current of each terminal.
v1, phase, and noise SdV1. (12) << Hall voltage between terminals >>-/ + Hall electromotive voltage D obtained by calculating from the voltage and phase of the AC synchronous signal analyzer 26 at the (-) current and the (+) current of each terminal.
v2, phase, and noise SdV2. (13) << Hole Voltage Between Terminals >> Noise [V] The range Sds of the variation of the Hall electromotive voltage at each terminal is shown. (14) << Hole voltage between terminals >> [%] Indicates the ratio of noise to the Hall electromotive voltage at each terminal. (15) << Hole voltage between terminals >> Drift rate [%] The current at each terminal is calculated from (+) current to (-) current, and (-) current to (+).
9 shows the phase reproducibility Inv.ratio of the AC synchronization signal analyzer 26 when the current is used. (16) << Overall result >> Hall electromotive voltage [V] Shows the Hall electromotive voltage Ds or Dw as the overall result. (17) << Comprehensive result >> Phase [degree] Indicates the phase Phw as a comprehensive result. (18) << Overall Result >> Noise [V] Indicates the noise SDw.ratio as the overall result. (19) << Comprehensive Result >> [%] Indicates the ratio of noise to Hall EMF as a comprehensive result. (20) << Comprehensive result >> Direction dependence [%] The result of the terminal between 1-3 (Rs5) and No. Indicates whether the result (Rs6) of the terminal between 2 and 4 is the same. In particular,
The ratio of the absolute value to Rw (= Dw / Is) of the overall result is defined as direction dependency, and the anisotropy (heterogeneity) of the sample is shown. (21) Carrier type Indicates the carrier type of the sample determined from the overall result phase Phw. (22) Hall coefficient Indicates the Hall coefficient determined from the Hall electromotive voltage of the overall result. (23) Carrier concentration Indicates the carrier concentration determined from the Hall electromotive voltage of the overall result. (24) Sheet carrier concentration A value obtained by dividing the carrier concentration by the thickness of the sample. (25) Mobility Shows the mobility of the sample determined from the Hall electromotive voltage of the overall result. (26) Minimum value-Maximum value The minimum value and the maximum value of the values of the items (22) to (25) are shown. (27) Others A button for switching to a screen showing other auxiliary measurement results (such as the frequency of an AC magnetic field).

【0134】このように、この表示画面例におけるノイ
ズ値(項目(10)、(13)、(18)等)に示され
るように、このACホール測定装置100によれば、単
に測定値だけでなく、測定器による複数のサンプリング
に基づく測定値のばらつき(標準偏差)が示される。さ
らに、最終結果における「最小値−最大値」(項目(2
6))に示されるように、それら測定値どうしの演算に
よって得られる最終結果(真値)のばらつき範囲が、1
シグマ(標準偏差)の範囲で推定して表示されている。
これによって、測定者は、測定結果の信頼性を見誤ると
いう危険性を回避することができる。
Thus, as shown in the noise values (items (10), (13), (18), etc.) in this display screen example, according to the AC hall measuring apparatus 100, only the measured values are used. Instead, the variation (standard deviation) of the measured value based on a plurality of samplings by the measuring instrument is shown. Further, “minimum value−maximum value” (item (2
As shown in 6)), the variation range of the final result (true value) obtained by the calculation of the measured values is 1
It is estimated and displayed within the range of sigma (standard deviation).
This can avoid the risk that the measurer mistakes the reliability of the measurement result.

【0135】また、このACホール測定装置100は、
シングル測定において、試料に印加する電流の極性を反
転させ、正電流のときに得られたホール起電圧(ベクト
ル)から負電流のときに得られたホール起電圧(ベクト
ル)を、単に、絶対値どうしで差し引くのではなく、ベ
クトル的に差し引いている。これによって、印加電流の
極性に依存しない不要な全てのノイズ、即ち、印加電流
との位相差が0度又は180度の関係にあるノイズだけ
でなく、あらゆる位相差を持つノイズについても相殺さ
れるので、ホール起電圧に重畳する様々なノイズ成分が
除去され、精度の高いホール効果測定が実現される。
Further, this AC hole measuring apparatus 100
In a single measurement, the polarity of the current applied to the sample is inverted, and the Hall electromotive voltage (vector) obtained when the current is positive, the Hall electromotive voltage (vector) obtained when the current is negative is simply calculated as the absolute value. Instead of subtracting each other, the vector is subtracted. This cancels out all unnecessary noises that do not depend on the polarity of the applied current, that is, noises having a phase difference of 0 degree or 180 degrees from the applied current, as well as noises having any phase difference. Therefore, various noise components superimposed on the Hall electromotive voltage are removed, and highly accurate Hall effect measurement is realized.

【0136】次に、このACホール測定装置100が有
する補正機能のうち、電磁石40の非直線性(コイル電
流vs磁界強度における非直線性)に対する補正機能を説
明する。図16は、その補正機能を説明するための図で
あり、図16(a)は、電磁石40のコイル電流vs磁界
強度の関係を示すグラフであり、図16(b)は、その
非直線性を補正するための補正係数を算出する校正を実
行するときの測定器等の構成及び接続を示す。
Next, among the correction functions of the AC Hall measurement device 100, a correction function for the non-linearity of the electromagnet 40 (non-linearity in the coil current vs. the magnetic field strength) will be described. 16A and 16B are diagrams for explaining the correction function. FIG. 16A is a graph showing the relationship between the coil current of the electromagnet 40 and the magnetic field strength, and FIG. 1 shows a configuration and connections of a measuring instrument and the like when performing a calibration for calculating a correction coefficient for correcting an error.

【0137】一般に、鉄心の電磁石に大電流を印可する
と、鉄心の内部で磁束が飽和するため、図16(a)に
示されるように、発生する磁界の強さと電流値は非直線
的な関係にある。このため、基準信号発生部26aから
電磁石用電流源27を介して完全な正弦波の電流を印可
しても、発生する磁界は正弦波ではなく歪んだ波形にな
る。したがって、基準信号発生部26aからの基準信号
の電圧値(又は、電磁石用電流源27の発生電流値)を
単に比例換算するだけで電磁石40の磁界強度を一意的
に特定したのでは、その磁場に依存して発生するホール
起電圧と磁場強度との比例係数(つまり、ホール係数)
は、正確に求まらない。
In general, when a large current is applied to the electromagnet of the iron core, the magnetic flux saturates inside the iron core. Therefore, as shown in FIG. It is in. Therefore, even when a complete sine wave current is applied from the reference signal generator 26a via the electromagnet current source 27, the generated magnetic field has a distorted waveform instead of a sine wave. Therefore, if the magnetic field strength of the electromagnet 40 is uniquely specified by simply performing a proportional conversion on the voltage value of the reference signal from the reference signal generating unit 26a (or the current value generated by the electromagnet current source 27), the magnetic field Proportional to the Hall EMF and the magnetic field strength generated depending on the temperature (that is, Hall coefficient)
Is not found exactly.

【0138】そこで、このACホール測定装置100
は、予め、基準となるホール素子を用いて、電磁石40
の電流vs磁界強度の関係を測定しておき、その測定結果
に基づいて、指定された磁界強度の磁場を発生させるの
に必要な電流を逆算して求め、電磁石40に印加するこ
ととしている。具体的には、まず、図16(b)に示さ
れるように、ホール素子をセンサとするプローブ28a
及びそのホール起電圧(つまり、磁界強度)に比例した
電圧をアナログ信号で出力するガウスメータ(磁界強度
計)28bを準備し、そのホール素子を電磁石40の磁
極間にセットするとともに、ガウスメータからのアナロ
グ信号がAC同期信号アナライザ26に入力されるよう
に接続する。
Therefore, the AC hole measuring device 100
The electromagnet 40 is preliminarily determined using a reference Hall element.
The relationship between the current vs. the magnetic field strength is measured in advance, and based on the measurement result, the current required to generate the magnetic field of the designated magnetic field strength is calculated backward and applied to the electromagnet 40. Specifically, first, as shown in FIG. 16B, a probe 28a using a Hall element as a sensor is used.
And a Gauss meter (magnetic field strength meter) 28b for outputting a voltage proportional to the Hall electromotive voltage (that is, the magnetic field strength) as an analog signal, setting the Hall element between the magnetic poles of the electromagnet 40, The signal is connected so as to be input to the AC synchronization signal analyzer 26.

【0139】そして、操作者は、設定部11によるシス
テムセットアップ(磁場校正)の機能を用いて、ACホ
ール測定装置100に対して、磁場の自動校正を実行さ
せる。すると、操作者が入力した自動校正に関する条件
に従って、測定部15は、AC同期信号アナライザ26
の基準信号発生部26aから、異なる複数の振幅の基準
信号を順次、発生させ、それぞれの振幅の基準信号に対
してAC同期信号アナライザ26で観測される値(ガウ
スメータ28bから出力されるアナログ信号のうち基準
信号と同一の周波数成分の実効値)を記録していく。そ
して、それら両者を関係づける曲線式を最小2乗法で算
出する。
Then, the operator causes the AC hall measuring apparatus 100 to execute the automatic calibration of the magnetic field by using the function of the system setup (magnetic field calibration) by the setting unit 11. Then, according to the condition regarding the automatic calibration input by the operator, the measuring unit 15 sets the AC synchronization signal analyzer 26
The reference signal generator 26a sequentially generates a plurality of reference signals having different amplitudes, and obtains a value observed by the AC synchronizing signal analyzer 26 for each amplitude reference signal (the analog signal output from the Gauss meter 28b). Of these, the effective value of the same frequency component as the reference signal) is recorded. Then, a curve equation relating the two is calculated by the least square method.

【0140】測定部15は、このような基準信号の電圧
スイープによる測定及び曲線式の算出を、0.2Hz、
0.01Hz、0.02Hz、0.01Hzの各周波数
について実行し、得られた曲線式の係数を記憶してお
く。図17は、設定部11による磁場校正の機能を示す
画面表示例である。本図には、0.2Hzの周波数にお
ける電磁石40への印加電流[A](これは、基準信号
発生部26aからの基準信号の電圧に一定の換算係数を
乗じた値)と、そのときに観測された電磁石40の磁界
強度[T](これは、ガウスメータ28bからのアナロ
グ信号からAC同期信号アナライザ26により抽出され
た交流電圧に一定の換算係数を乗じた値)とからなる測
定値欄や、それらを関係づける近似3次曲線の式(校正
式)等が示されている。
The measuring unit 15 measures the reference signal by the voltage sweep and calculates the curve equation at 0.2 Hz,
The processing is executed for each frequency of 0.01 Hz, 0.02 Hz, and 0.01 Hz, and the obtained coefficients of the curve equation are stored. FIG. 17 is a screen display example showing the function of the magnetic field calibration by the setting unit 11. In the figure, the applied current [A] to the electromagnet 40 at a frequency of 0.2 Hz (this is a value obtained by multiplying the voltage of the reference signal from the reference signal generation unit 26a by a constant conversion coefficient), A measured value field consisting of the observed magnetic field strength [T] of the electromagnet 40 (this is a value obtained by multiplying an AC voltage extracted by the AC synchronization signal analyzer 26 from an analog signal from the Gauss meter 28b by a constant conversion coefficient); , A formula (calibration formula) of an approximate cubic curve relating them and the like are shown.

【0141】実際の試料34を対象としたホール効果測
定においては、測定部15は、このように算出された周
波数ごとの校正式を参照することで、操作者が指定した
印加磁場の周波数と磁界強度とから、その磁場を発生す
るのに必要な電磁石40への印加電流を特定し、その印
加電流に対応する電圧の基準信号を基準信号発生部26
aに発生させる。これによって、実際の試料34の測定
においては、磁界強度計を必要とすることなく、電磁石
40の持つ電流vs磁界強度の非直線性を考慮した正確な
ホール係数の測定が可能となる。
In the actual measurement of the Hall effect for the sample 34, the measuring unit 15 refers to the calibration equation for each frequency calculated in this way, and determines the frequency of the applied magnetic field and the magnetic field specified by the operator. Based on the intensity, an applied current to the electromagnet 40 necessary to generate the magnetic field is specified, and a reference signal of a voltage corresponding to the applied current is referred to as a reference signal generator 26.
a. As a result, in the actual measurement of the sample 34, it is possible to accurately measure the Hall coefficient in consideration of the non-linearity of the current vs. the magnetic field strength of the electromagnet 40 without requiring a magnetic field strength meter.

【0142】次に、このACホール測定装置100によ
る交流磁場の周波数範囲を0.01〜0.2Hzとして
いる意義及びその周波数に関する制御について説明す
る。図18(a)は、その周波数範囲の上限を規定する
根拠を示すグラフであり、9種類の測定条件それぞれに
おいて観測された試料の電圧(ホール起電圧又は電圧降
下)と、そのときの印加磁場の周波数との関係をプロッ
トしたものである。
Next, the significance of setting the frequency range of the AC magnetic field to 0.01 to 0.2 Hz by the AC Hall measuring apparatus 100 and the control related to the frequency will be described. FIG. 18A is a graph showing the basis for defining the upper limit of the frequency range. The voltage of the sample (Hall electromotive voltage or voltage drop) observed under each of the nine types of measurement conditions and the applied magnetic field at that time are shown. Is a plot of the relationship with the frequency of.

【0143】なお、図中の各曲線に付与された名称にお
ける“7065”、“6512”、“7152”は、米
国Keithley社のスキャナ22及びバッファアンプ24
a、bとして使用した製品のモデル名であり、それぞ
れ、バッファアンプ24a、bが内蔵された専用マトリ
クスと呼ばれるタイプのスキャナ22を用いた場合、独
立した外付けのバッファアンプ24a、bと汎用マトリ
クスと呼ばれるタイプのスキャナ22を用いた場合、独
立した外付けのバッファアンプ24a、bと高絶縁マト
リクスと呼ばれるタイプのスキャナ22を用いた場合に
対応する(ただし、試料に対する電圧測定の入力抵抗
は、いずれも、100Tオーム以上)。また、図中の各
曲線に付与された名称における“1T_HVG”、“1
00G_HVG”、“Dire_HVG”は、それぞ
れ、電極間抵抗が1TΩ程度の疑似試料(4本の1TΩ
の基準抵抗器を直列かつ循環状に接続したもの)、10
0GΩ程度の疑似試料(同様に、4本の100GΩの基
準抵抗器を接続したもの)及び1MΩ程度の化合物半導
体(GaAs)を測定した場合に対応する。
Note that “7065”, “6512”, and “7152” in the names given to the respective curves in the figure are the scanner 22 and the buffer amplifier 24 of Keithley, USA.
The model names of the products used as a and b. When a scanner 22 of a type called a dedicated matrix in which buffer amplifiers 24a and b are built is used, independent external buffer amplifiers 24a and 24b and a general-purpose matrix are used. Corresponds to the case where an independent external buffer amplifier 24a, b and a scanner 22 of a type called a high insulation matrix are used (however, the input resistance of the voltage measurement for the sample is All are 100T ohms or more). Also, "1T_HVG", "1T_HVG"
00G_HVG ”and“ Dire_HVG ”are pseudo samples (four 1TΩ) having an interelectrode resistance of about 1TΩ, respectively.
Of which reference resistors are connected in series and in a circulating manner), 10
This corresponds to a case where a pseudo sample of about 0 GΩ (similarly connected to four 100 GΩ reference resistors) and a compound semiconductor (GaAs) of about 1 MΩ are measured.

【0144】本図に示されるように、抵抗の高い試料ほ
ど、高い周波数における発生電圧の減衰が大きい、即
ち、SN比が悪くなることが分かる。例えば、6512
型のスキャナ22とバッファアンプ24a、bを用いて
1TΩ程度の試料を測定した場合(図中の曲線“651
2_1T_HVG”)には、0.01Hzにおいて約5
0Vの電圧であった信号は、0.2Hzにおいては、約
15Vに減衰している。
As shown in the figure, it can be seen that the higher the resistance of the sample, the greater the attenuation of the generated voltage at a higher frequency, that is, the worse the SN ratio. For example, 6512
When a sample of about 1 TΩ is measured using the scanner 22 and the buffer amplifiers 24 a and 24 b (the curve “651
2_1T_HVG ") has about 5 at 0.01 Hz.
The signal having a voltage of 0 V is attenuated to about 15 V at 0.2 Hz.

【0145】また、このグラフには表れていないが、
0.2Hz程度を越える高い周波数の磁場を発生させた
場合には、電磁石40からの電磁誘導によって発生する
寄生ノイズのレベルが上がり、それに起因する測定誤差
も増大する。さらに、試料によっては、その容量性によ
り、0.2Hz程度を越える高い周波数の磁場に対し
て、その応答(ホール起電圧)が遅れてしまい、位相誤
差となって、試料のキャリアタイプの判定に悪影響を与
えてしまうものが存在する。
Although not shown in this graph,
When a magnetic field having a high frequency exceeding about 0.2 Hz is generated, the level of parasitic noise generated by electromagnetic induction from the electromagnet 40 increases, and the measurement error resulting therefrom also increases. Furthermore, depending on the sample, its response (Hall electromotive voltage) is delayed due to a magnetic field of a high frequency exceeding about 0.2 Hz due to its capacitance, resulting in a phase error, which makes it difficult to determine the carrier type of the sample. Some things have a negative effect.

【0146】以上のことから、1TΩ程度又はそれ以上
の高抵抗の試料を対象として、交流磁場によるホール効
果測定を実質的に可能とするためには、その周波数の上
限として、0.2Hz程度が妥当であると判断した。図
18(b)は、上記周波数範囲の下限を規定する根拠と
なるグラフであり、基準信号発生部26aから出力され
た基準信号をそのままバッファアンプ24a、b及びプ
リアンプ25を経てAC同期信号アナライザ26に入力
させることにより観測したACホール測定装置100の
周波数伝達関数を示すグラフである。
From the above, in order to make it possible to measure the Hall effect with an AC magnetic field substantially for a sample having a high resistance of about 1 TΩ or more, the upper limit of the frequency is about 0.2 Hz. Deemed appropriate. FIG. 18B is a graph serving as a basis for defining the lower limit of the frequency range. The reference signal output from the reference signal generation unit 26a is passed through the buffer amplifiers 24a and 24b and the preamplifier 25 to the AC synchronization signal analyzer 26 as it is. 5 is a graph showing a frequency transfer function of the AC hall measurement device 100 observed by inputting the data to the input terminal.

【0147】本図に示されるように、0.01Hz程度
のDCに近い周波数では、理想的な信号源からの信号で
あっても、その電圧は、約20%程度減衰してしまうこ
とが分かる。AC同期信号アナライザ26のバンドパス
フィルタ26b等は、ノイズのDC成分(つまり、オフ
セットドリフト)を効果的に除去するフィルタを形成し
ているが、比較的低い(つまり、DCに近い)周波数の
AC信号も減衰させてしまうからである。
As shown in the figure, at a frequency close to DC of about 0.01 Hz, even if the signal is from an ideal signal source, its voltage is attenuated by about 20%. . The band-pass filter 26b and the like of the AC synchronization signal analyzer 26 form a filter that effectively removes the DC component (that is, offset drift) of noise, but has a relatively low (that is, close to DC) frequency AC. This is because the signal is also attenuated.

【0148】また、0.01Hz程度より低い周波数の
磁場を用いた場合には、試料や測定装置に起因するDC
ドリフトとの区別が困難となり、それに起因する測定誤
差が増大する。さらに、この周波数の低下に伴って、測
定の開始から終了までに要する全体の測定時間が長期化
することも考慮する必要がある。以上のことから、交流
磁場によるホール効果測定における印加磁場の周波数の
下限として、0.01Hz程度が妥当であると判断し
た。
When a magnetic field having a frequency lower than about 0.01 Hz is used, the DC voltage due to the sample and the measuring device is reduced.
It becomes difficult to distinguish from drift, and the measurement error resulting therefrom increases. Further, it is necessary to consider that the overall measurement time required from the start to the end of the measurement is prolonged with the decrease in the frequency. From the above, it was determined that about 0.01 Hz was appropriate as the lower limit of the frequency of the applied magnetic field in the Hall effect measurement using the AC magnetic field.

【0149】なお、試料に対する実際の測定において、
磁場の周波数について操作者から明示的な指定がなされ
ない場合には、このACホール測定装置100の測定部
15は、測定開始時に(デフォールトとして)、0.2
Hzの交流磁場を採用することとしている。そして、上
述のシングル測定において得られた位相Phの値が、0
度又は180度から、20度以上シフトしている場合に
は、印加磁場の周波数が高すぎて適切でないと判断し、
より低い周波数で再測定する。具体的には、そのシフト
量が30度未満であれば、0.01Hzで再測定し、3
0度以上であれば、0.02Hzで再測定する。
In the actual measurement of the sample,
When the operator does not explicitly specify the frequency of the magnetic field, the measuring unit 15 of the AC hall measuring apparatus 100 sets the frequency to 0.2 at the start of the measurement (as a default).
Hz alternating current magnetic field is adopted. Then, the value of the phase Ph obtained in the above single measurement is 0
From 180 degrees or 180 degrees, it is determined that the frequency of the applied magnetic field is too high and not appropriate,
Re-measure at lower frequency. Specifically, if the shift amount is less than 30 degrees, re-measurement is performed at 0.01 Hz and 3
If it is 0 degrees or more, re-measure at 0.02 Hz.

【0150】これによって、抵抗の高い試料に対するホ
ール効果測定における、測定系の周波数特性の劣化に基
づく測定誤差の発生、即ち、信号源抵抗とバッファアン
プ24a、bやスキャナ22の浮遊容量とで形成される
大きな時定数に基づく位相シフトによる測定誤差の発生
が自動的に抑制される。以上、本発明に係るACホール
測定装置について、実施の形態に基づいて説明したが、
本発明はこの実施の形態に限られないことは勿論であ
る。
As a result, in the Hall effect measurement on a sample having a high resistance, a measurement error occurs due to the deterioration of the frequency characteristic of the measurement system, that is, the measurement error is formed by the signal source resistance and the stray capacitance of the buffer amplifiers 24a and b and the scanner 22. The occurrence of the measurement error due to the phase shift based on the large time constant is automatically suppressed. As described above, the AC hole measurement device according to the present invention has been described based on the embodiment.
The present invention is, of course, not limited to this embodiment.

【0151】例えば、本実施の形態では、2回のシング
ル測定からなるダブル測定によるホール効果測定、即
ち、電流を印加する試料の電極対を異なる2種類それぞ
れとした場合におけるホール効果測定を行い、それぞれ
で得られた測定結果を平均したが、1回のシングル測定
で終えてもよい。同様に、シングル測定において、試料
に印加する電流の方向を正、負及び正とする3回の基本
単位測定を繰り返したが、正と負の2回としてもよい。
For example, in the present embodiment, Hall effect measurement is performed by double measurement consisting of two single measurements, that is, Hall effect measurement is performed when two different electrode pairs are used for a sample to which a current is applied. The measurement results obtained in each case were averaged, but may be completed by one single measurement. Similarly, in the single measurement, three basic unit measurements in which the direction of the current applied to the sample is positive, negative, and positive are repeated, but may be performed in two positive and negative directions.

【0152】これらの回数や検証的な測定を実行するか
否か等は、得られる測定精度(信頼性、再現性)と測定
に要する時間とがトレードオフの関係にあることを考慮
し、測定対象となる試料の性質(抵抗値、電極のオーミ
ック性、容量性等)を勘案して適切に選択すればよい。
The number of times and whether or not to perform verification-based measurement are determined in consideration of the trade-off relationship between the obtained measurement accuracy (reliability and reproducibility) and the time required for measurement. An appropriate selection may be made in consideration of the properties of the target sample (resistance value, ohmic properties of electrodes, capacitance, etc.).

【0153】[0153]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
に係るホール効果測定装置は、交流磁場を用いて試料の
ホール効果を測定する装置であって、0.01〜0.2
Hzの周波数範囲で交流信号を発生する信号発生手段
と、前記交流信号に同期した磁場を発生して前記試料に
印加する交流磁場発生手段と、前記試料に電流を印加す
る電流印加手段と、前記試料で発生したホール起電圧を
検出し、その電圧に比例した電圧の検出信号を出力する
バッファ手段と、前記検出信号のうち前記交流信号と同
一の周波数成分だけを通過させるフィルタ手段と、通過
した周波数成分を示す信号に対して一定時間間隔でサン
プリングを繰り返すことにより、各サンプリング時刻に
おける前記信号の電圧の絶対値と前記信号の前記交流信
号に対する位相とからなる複数のベクトルを測定するベ
クトル測定手段と、測定された複数のベクトルに基づい
て、前記試料のホール効果を特定する物性値を算出する
算出手段とを備えることを特徴とする。
As is clear from the above description, the Hall effect measuring apparatus according to the present invention is an apparatus for measuring the Hall effect of a sample using an alternating magnetic field, and has a structure of 0.01 to 0.2.
A signal generating means for generating an AC signal in a frequency range of Hz, an AC magnetic field generating means for generating a magnetic field synchronized with the AC signal and applying the magnetic field to the sample, a current applying means for applying a current to the sample, A buffer means for detecting a Hall electromotive voltage generated in the sample and outputting a detection signal of a voltage proportional to the voltage, a filter means for passing only the same frequency component as the AC signal among the detection signals, Vector measuring means for measuring a plurality of vectors composed of an absolute value of a voltage of the signal and a phase of the signal with respect to the AC signal at each sampling time by repeating sampling at a fixed time interval for a signal indicating a frequency component. And calculating means for calculating a physical property value for specifying the Hall effect of the sample based on the plurality of measured vectors. And wherein the door.

【0154】これによって、0.01〜0.2Hzの周
波数範囲という極めて低い周波数の交流磁場の下で、そ
の磁場の周波数に同期したホール起電圧の成分だけが抽
出され、その成分の絶対値だけでなく、印加磁場との位
相関係も考慮したベクトル演算によって物性値が算出さ
れるので、1TΩ程度の極めて高い抵抗の試料であって
も、その信号源抵抗と測定系の持つ浮遊容量との時定数
に基づく応答遅延による測定誤差の影響が軽減され、高
い精度でのホール効果測定が実現される。
As a result, a frequency of 0.01 to 0.2 Hz can be obtained.
Under an AC magnetic field with a very low frequency in the wave number range, only the Hall EMF component synchronized with the frequency of the magnetic field is extracted, and vector calculation considering not only the absolute value of the component but also the phase relationship with the applied magnetic field Therefore, even if the sample has an extremely high resistance of about 1 TΩ, the effect of the measurement error due to the response delay based on the time constant between the signal source resistance and the stray capacitance of the measurement system is reduced. Hall effect measurement with high accuracy is realized.

【0155】つまり、1TΩ程度の高抵抗試料に対し
て、測定精度と測定時間との両方の観点から、現実に入
手し得る測定装置による実用的でかつ価値あるホール効
果測定が可能となる。また、前記ホール効果測定装置
は、さらに、前記試料に印加すべき交流磁場の周波数を
最適化する周波数最適化手段を備え、前記周波数最適化
手段は、0.2Hzの周波数の交流信号を発生するよう
に前記信号発生手段を制御し、その交流信号に同期した
磁場の下で発生する試料のホール起電圧に対する複数の
ベクトルを測定するように前記ベクトル測定手段を制御
し、測定された複数のベクトルにおける位相が一定の基
準位相から一定量を超える範囲にあるか否かを判断し、
越える範囲にある場合には、0.2Hzよりも低い周波
数の交流信号を発生するように前記信号発生手段を制御
し、前記ベクトル測定手段及び前記算出手段による動作
を繰り返させるように前記ベクトル測定手段及び算出手
段を制御することとしてもよい。
That is , a practical and valuable Hall effect measurement can be performed on a high-resistance sample of about 1 TΩ by using a measurement device that can be actually obtained from the viewpoint of both measurement accuracy and measurement time. Further, the Hall effect measuring apparatus further includes frequency optimizing means for optimizing a frequency of an AC magnetic field to be applied to the sample, and the frequency optimizing means generates an AC signal having a frequency of 0.2 Hz. Controlling the signal generation means, and controlling the vector measurement means to measure a plurality of vectors with respect to the Hall electromotive force of the sample generated under a magnetic field synchronized with the AC signal, and the measured plurality of vectors Judge whether the phase in is in a range exceeding a certain amount from a certain reference phase,
If it is in the range, the signal generating means is controlled to generate an AC signal having a frequency lower than 0.2 Hz, and the vector measuring means is configured to repeat the operation by the vector measuring means and the calculating means. And the calculation means may be controlled.

【0156】これによって、印加磁場の周波数が高すぎ
ることに起因する測定誤差の発生、即ち、信号源抵抗と
測定系の浮遊容量とで形成される大きな時定数に基づく
位相シフトによる測定誤差の発生が自動的に抑制され
る。また、前記試料は、芯線、内側シールド及び外側シ
ールドからなる同軸ケーブルの芯線の先端に接続される
ともに、その芯線を介して前記電流印加手段及び前記バ
ッファ手段と接続され、前記同軸ケーブルのうち、前記
交流磁場発生手段による磁場が印加される、前記試料が
接続された先端部を含む一定長の箇所においては、前記
内側シールド及び外側シールドで覆われていない芯線だ
けによる配線が施されているとしてもよい。
As a result, a measurement error occurs due to an excessively high frequency of the applied magnetic field, that is, a measurement error occurs due to a phase shift based on a large time constant formed by the signal source resistance and the stray capacitance of the measurement system. Are automatically suppressed. Further, the sample is connected to the tip of the core wire of a coaxial cable composed of a core wire, an inner shield and an outer shield, and is connected to the current applying means and the buffer means via the core wire. A magnetic field is applied by the AC magnetic field generating means, and at a fixed length including the tip to which the sample is connected, it is assumed that wiring is provided only by a core wire not covered with the inner shield and the outer shield. Is also good.

【0157】これによって、交流磁場における同軸ケー
ブルの芯線の移動に伴う寄生電流の発生が回避され、測
定精度が向上される。また、前記交流磁場発生手段は、
前記交流信号の大きさによって定まる磁界強度の磁場を
発生し、前記ホール効果測定装置は、さらに、前記交流
磁場発生手段についての前記交流信号の大きさと前記磁
界強度との関係を特定する磁場補正手段と、特定された
前記関係を参照することにより、試料に印加すべき磁界
強度の磁場を発生するのに必要な前記交流信号の大きさ
を特定し、その大きさの交流信号を発生するように前記
信号発生手段を制御する磁場制御手段とを備えてもよ
い。
As a result, the generation of the parasitic current due to the movement of the core wire of the coaxial cable in the AC magnetic field is avoided, and the measurement accuracy is improved. Further, the AC magnetic field generating means includes:
A magnetic field having a magnetic field strength determined by the magnitude of the AC signal is generated, and the Hall effect measuring apparatus further includes a magnetic field correction unit that specifies a relationship between the magnitude of the AC signal and the magnetic field strength for the AC magnetic field generation unit. By referring to the specified relationship, the magnitude of the AC signal required to generate a magnetic field having a magnetic field strength to be applied to the sample is specified, and an AC signal of the magnitude is generated. Magnetic field control means for controlling the signal generation means.

【0158】これによって、電磁石等の交流磁場発生手
段が持つコイル電流と磁界強度との関係における非直線
性に対する補正が行われ、ホール起電圧の印加磁場に対
する比例係数(ホール係数)の算出における誤差の発生
が回避される。 また、前記磁場補正手段は、0.2
z以下の複数の周波数それぞれにおける前記関係を特定
し、前記磁場制御手段は、前記磁場補正手段により特定
された複数の前記関係のうち、試料に印加すべき磁場の
周波数に対応するものを参照することにより、前記交流
信号の大きさを特定し、前記信号発生手段を制御しても
よい。
As a result, the nonlinearity in the relationship between the coil current and the magnetic field strength of the AC magnetic field generating means such as an electromagnet is corrected, and the error in the calculation of the proportional coefficient (Hall coefficient) of the Hall electromotive voltage with respect to the applied magnetic field is performed. Is avoided. Further, the magnetic field correction means may include: 0.2 H
The relationship at each of a plurality of frequencies equal to or less than z is specified, and the magnetic field control unit refers to a plurality of the relationships specified by the magnetic field correction unit that correspond to the frequency of the magnetic field to be applied to the sample. Thus, the magnitude of the AC signal may be specified, and the signal generating means may be controlled.

【0159】これによって、上記非直線性に対する補正
においては、その周波数依存特性も考慮されるので、よ
り高い精度でホール係数が算出される。また、前記算出
手段は、前記複数のベクトルについての平均値及び標準
偏差を算出し、それら平均値及び標準偏差それぞれか
ら、推定される前記物性値の真値及びそのばらつき範囲
を求めてもよい。これによって、測定器で得られた測定
値だけでなく、それら測定値どうしの演算によって得ら
れた最終的な測定結果についても、その信頼性を知るこ
とができる。
Thus, in the correction for the non-linearity, the frequency dependence is also taken into account, so that the Hall coefficient is calculated with higher accuracy. Further, the calculation means may calculate an average value and a standard deviation for the plurality of vectors, and obtain a true value of the estimated physical property value and a variation range thereof from each of the average value and the standard deviation. This makes it possible to know the reliability of not only the measured values obtained by the measuring device but also the final measured results obtained by calculating the measured values.

【0160】また、前記電流印加手段は、大きさが同一
の正及び負の電流を前記試料に印加し、前記算出手段
は、前記電流印加手段により正の電流が試料に印加され
ているときに前記ベクトル測定手段で測定された複数の
ベクトルから、負の電流が試料に印加されているときに
測定された複数のベクトルを差し引くことによって、正
味のホール起電圧を算出した後に前記物性値を算出して
もよい。
Further, the current applying means applies positive and negative currents of the same magnitude to the sample, and the calculating means operates when a positive current is applied to the sample by the current applying means. By subtracting a plurality of vectors measured when a negative current is applied to the sample from a plurality of vectors measured by the vector measuring means, calculating the physical property value after calculating a net Hall EMF. May be.

【0161】これによって、印加電流の極性に依存しな
い不要な全てのノイズ、即ち、印加電流とあらゆる位相
差を持つノイズが相殺され、S/N比の高い測定が実現
される。以上のように、本発明は、1TΩ程度の高抵抗
の試料に対するホール効果測定を可能とする技術であ
り、新素材の開発競争が激しい今日における実用的価値
は極めて高い。
As a result, all unnecessary noise that does not depend on the polarity of the applied current, that is, noise having any phase difference from the applied current is canceled out, and measurement with a high S / N ratio is realized. As described above, the present invention is a technology that enables measurement of the Hall effect on a sample having a high resistance of about 1 TΩ, and has a very high practical value in today's fierce competition for the development of new materials.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係るACホール測定装置の外観図であ
る。
FIG. 1 is an external view of an AC hall measurement device according to the present invention.

【図2】試料ホルダーの先端部の外観図であり、(a)
は、試料が取り付けられた絶縁板(ポリテトラフルオロ
エチレン)の表面を示し、(b)は、その裏面を示す。
FIGS. 2A and 2B are external views of a tip portion of a sample holder, and FIG.
Is the insulating plate ( polytetrafluoro
(B) shows the back surface of ( ethylene ).

【図3】ACホール測定装置の計測ユニット部の詳細な
構成を示す機能ブロック図である。
FIG. 3 is a functional block diagram illustrating a detailed configuration of a measurement unit of the AC hall measurement device.

【図4】ACホール測定装置の制御部の詳細な機能構成
を示すブロック図である。
FIG. 4 is a block diagram illustrating a detailed functional configuration of a control unit of the AC hall measurement device.

【図5】図4に示された各機能ブロックによる処理を操
作者が選択して指示するための画面表示例である。
FIG. 5 is a screen display example for an operator to select and instruct processing by each functional block shown in FIG. 4;

【図6】測定データに付加される試料名等のコメントを
設定するための画面の表示例である。
FIG. 6 is a display example of a screen for setting a comment such as a sample name added to measurement data.

【図7】試料への印加電流値等の測定条件を設定するた
めの画面の表示例である。
FIG. 7 is a display example of a screen for setting measurement conditions such as a current value applied to a sample.

【図8】クライオスタットによる試料の温度制御等に関
する測定条を設定するための画面の表示例である。
FIG. 8 is a display example of a screen for setting measurement conditions related to temperature control of a sample by a cryostat, and the like.

【図9】測定値を用いて制御部に演算処理をさせるとき
の桁数等の解析条件を設定するための画面の表示例であ
る。
FIG. 9 is a display example of a screen for setting analysis conditions such as the number of digits when the control unit performs arithmetic processing using measured values.

【図10】計測ユニット部を構成する各測定器の仕様や
補正係数等のシステムセットアップ情報を設定するため
の画面の表示例である。
FIG. 10 is a display example of a screen for setting system setup information such as a specification and a correction coefficient of each measuring device included in the measuring unit.

【図11】ACホール測定装置による交流磁場でのホー
ル効果測定における全体の動作の流れを示すフローチャ
ートである。
FIG. 11 is a flowchart showing a flow of an entire operation in the Hall effect measurement in an AC magnetic field by the AC Hall measurement device.

【図12】図11に示された2つのステップS50及び
S51それぞれに共通するシングル測定の詳細な流れを
示すフローチャートである。
12 is a flowchart showing a detailed flow of a single measurement common to each of two steps S50 and S51 shown in FIG.

【図13】図12に示された3つのステップS60、S
61及びS62それぞれに共通する基本単位測定の詳細
な流れを示すフローチャートである。
FIG. 13 shows three steps S60 and S shown in FIG.
It is a flowchart which shows the detailed flow of the basic unit measurement common to each of 61 and S62.

【図14】(a)は、設定部により設定される測定条件
及び初期条件を構成する記号の意味を示し、(b)は、
「基本単位測定」、「シングル測定」及び「ダブル測
定」において得られる測定値及びその測定値から導出さ
れる値の記号を導出過程に対応する矢印線とともに示す
図である。
FIG. 14A shows the meanings of symbols constituting measurement conditions and initial conditions set by a setting unit, and FIG.
It is a figure which shows the measurement value obtained in "basic unit measurement", "single measurement", and "double measurement", and the symbol of the value derived from the measurement value with the arrow line corresponding to the derivation process.

【図15】ACホール測定装置による交流磁場でのホー
ル効果測定の結果を示す画面表示例である。
FIG. 15 is a screen display example showing a result of a Hall effect measurement by an AC hall measuring device in an AC magnetic field.

【図16】(a)は、電磁石のコイル電流vs磁界強度の
関係を示すグラフであり、(b)は、その非直線性を補
正するための補正係数を算出する校正を実行するときの
測定器等の構成及び接続を示す。
16A is a graph showing the relationship between the coil current of the electromagnet and the magnetic field strength, and FIG. 16B is a graph showing a measurement when a calibration for calculating a correction coefficient for correcting the nonlinearity is performed. 2 shows the configuration and connection of the container and the like.

【図17】制御部の磁場校正の機能を示す画面表示例で
ある。
FIG. 17 is a screen display example showing a magnetic field calibration function of the control unit.

【図18】(a)は、9種類の測定条件それぞれにおい
て観測された試料の電圧と、そのときの印加磁場の周波
数との関係を示すグラフであり、(b)は、基準信号発
生部から出力された基準信号をそのままバッファアンプ
及びプリアンプを経てAC同期信号アナライザに入力さ
せた場合に得られるACホール測定装置の周波数伝達関
数を示すグラフである。
18A is a graph showing the relationship between the sample voltage observed under each of the nine types of measurement conditions and the frequency of the applied magnetic field at that time, and FIG. 18B is a graph showing the relationship between the reference signal generation unit and FIG. 9 is a graph showing a frequency transfer function of an AC Hall measuring device obtained when an output reference signal is directly input to an AC synchronization signal analyzer via a buffer amplifier and a preamplifier.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 制御部 11 設定部 12 表示部 13 グラフ部 14 ファイル部 15 測定部 16 確認機能部 17 オプション部 20 計測ユニット部 21 定電流源 22 スキャナ 23 電流計 24a、b バッファアンプ 25 プリアンプ 26 AC同期信号アナライザ 26a 基準信号発生部 26b バンドパスフィルタ 26c 交流電圧測定部 26d 位相測定部 27 電磁石用電流源 28a プローブ 28b ガウスメータ 30 試料ホルダー部 31 クライオスタット 32 試料ホルダー 33 信号ケーブル 34 試料 35 絶縁板 40 電磁石 100 ACホール測定装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Control part 11 Setting part 12 Display part 13 Graph part 14 File part 15 Measurement part 16 Confirmation function part 17 Option part 20 Measurement unit part 21 Constant current source 22 Scanner 23 Ammeter 24a, b Buffer amplifier 25 Preamplifier 26 AC synchronous signal analyzer Reference numeral 26a Reference signal generator 26b Bandpass filter 26c AC voltage measurement unit 26d Phase measurement unit 27 Current source for electromagnet 28a Probe 28b Gauss meter 30 Sample holder unit 31 Cryostat 32 Sample holder 33 Signal cable 34 Sample 35 Insulating plate 40 Electromagnet 100 AC hole measurement apparatus

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01R 33/06 G01N 27/72 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G01R 33/06 G01N 27/72

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 交流磁場を用いて試料のホール効果を測
定する装置であって、0.01〜0.2Hzの周波数範囲で 交流信号を発生す
る信号発生手段と、 前記交流信号に同期した磁場を発生して前記試料に印加
する交流磁場発生手段と、 前記試料に電流を印加する電流印加手段と、 前記試料で発生したホール起電圧を検出し、その電圧に
比例した電圧の検出信号を出力するバッファ手段と、 前記検出信号のうち前記交流信号と同一の周波数成分だ
けを通過させるフィルタ手段と、 通過した周波数成分を示す信号に対して一定時間間隔で
サンプリングを繰り返すことにより、各サンプリング時
刻における前記信号の電圧の絶対値と前記信号の前記交
流信号に対する位相とからなる複数のベクトルを測定す
るベクトル測定手段と、 測定された複数のベクトルに基づいて、前記試料のホー
ル効果を特定する物性値を算出する算出手段とを備える
ことを特徴とするホール効果測定装置。
1. An apparatus for measuring a Hall effect of a sample using an AC magnetic field, comprising: signal generating means for generating an AC signal in a frequency range of 0.01 to 0.2 Hz; and a magnetic field synchronized with the AC signal. AC magnetic field generating means for generating and applying a current to the sample, current applying means for applying a current to the sample, detecting a Hall electromotive voltage generated in the sample, and outputting a detection signal of a voltage proportional to the voltage Buffer means for filtering, and filter means for passing only the same frequency component as the AC signal in the detection signal. By repeating sampling at a fixed time interval for a signal indicating the passed frequency component, at each sampling time Vector measuring means for measuring a plurality of vectors composed of an absolute value of a voltage of the signal and a phase of the signal with respect to the AC signal; Based on the vector number, the Hall effect measurement apparatus, characterized in that it comprises a calculating means for calculating a property value that identifies the Hall effect of the sample.
【請求項2】 前記試料は、芯線、内側シールド及び外
側シールドからなる同軸ケーブルの芯線の先端に接続さ
れるともに、その芯線を介して前記電流印加手段及び前
記バッファ手段と接続され、 前記同軸ケーブルのうち、前記交流磁場発生手段による
磁場が印加される、前記試料が接続された先端部を含む
一定長の箇所においては、前記内側シールド及び外側シ
ールドで覆われていない芯線だけによる配線が施されて
いることを特徴とする請求項1記載のホール効果測定装
置。
2. The coaxial cable, wherein the sample is connected to a tip of a core wire of a coaxial cable including a core wire, an inner shield and an outer shield, and connected to the current applying means and the buffer means via the core wire. Of the portions to which a magnetic field is applied by the AC magnetic field generating means, at a fixed length including the tip to which the sample is connected, wiring is performed only by the core wire not covered with the inner shield and the outer shield. The Hall effect measuring device according to claim 1, wherein
【請求項3】 前記交流磁場発生手段は、前記交流信号
の大きさによって定まる磁界強度の磁場を発生し、 前記ホール効果測定装置は、さらに、 前記交流磁場発生手段についての前記交流信号の大きさ
と前記磁界強度との関係を特定する磁場補正手段と、 特定された前記関係を参照することにより、試料に印加
すべき磁界強度の磁場を発生するのに必要な前記交流信
号の大きさを特定し、その大きさの交流信号を発生する
ように前記信号発生手段を制御する磁場制御手段とを備
えることを特徴とする請求項1記載のホール効果測定装
置。
3. The AC magnetic field generating means generates a magnetic field having a magnetic field strength determined by the magnitude of the AC signal, and the Hall effect measuring device further comprises: Magnetic field correction means for specifying a relationship with the magnetic field strength, and by referring to the specified relationship, the magnitude of the AC signal necessary to generate a magnetic field having a magnetic field strength to be applied to the sample is specified. 2. The Hall effect measurement apparatus according to claim 1, further comprising: a magnetic field control unit that controls the signal generation unit so as to generate an AC signal of the magnitude.
【請求項4】 前記磁場補正手段は、0.2Hz以下の
複数の周波数それぞれにおける前記関係を特定し、 前記磁場制御手段は、前記磁場補正手段により特定され
た複数の前記関係のうち、試料に印加すべき磁場の周波
数に対応するものを参照することにより、前記交流信号
の大きさを特定し、前記信号発生手段を制御することを
特徴とする請求項記載のホール効果測定装置。
4. The magnetic field correction means specifies the relation at each of a plurality of frequencies of 0.2 Hz or less, and the magnetic field control means determines a sample among the plurality of relations specified by the magnetic field correction means. 4. The Hall effect measuring apparatus according to claim 3 , wherein the magnitude of the AC signal is specified by referring to a frequency corresponding to a magnetic field to be applied to the control unit, and the signal generating unit is controlled.
【請求項5】 前記算出手段は、前記複数のベクトルに
ついての平均値及び標準偏差を算出し、それら平均値及
び標準偏差それぞれから、推定される前記物性値の真値
及びそのばらつき範囲を求めることを特徴とする請求項
1記載のホール効果測定装置。
5. The calculation means calculates an average value and a standard deviation for the plurality of vectors, and obtains a true value of the estimated physical property value and a range of variation thereof from each of the average value and the standard deviation. The Hall effect measuring device according to claim 1, wherein:
【請求項6】 前記電流印加手段は、大きさが同一の正
及び負の電流を前記試料に印加し、 前記算出手段は、前記電流印加手段により正の電流が試
料に印加されているときに前記ベクトル測定手段で測定
された複数のベクトルから、負の電流が試料に印加され
ているときに測定された複数のベクトルを差し引くこと
によって、正味のホール起電圧を算出した後に前記物性
値を算出することを特徴とする請求項1記載のホール効
果測定装置。
6. The current applying means applies positive and negative currents of the same magnitude to the sample, and the calculating means applies a positive current to the sample when the current applying means applies a positive current to the sample. By subtracting a plurality of vectors measured when a negative current is applied to the sample from a plurality of vectors measured by the vector measuring means, calculating the physical property value after calculating a net Hall EMF. The Hall effect measuring device according to claim 1, wherein
【請求項7】 交流磁場を用いて試料のホール効果を測
定する方法であって、 信号発生手段に、0.01〜0.2Hzの周波数範囲で
交流信号を発生させるステップと、 交流磁場発生手段に、前記交流信号に同期した磁場を発
生させて前記試料に印加させるステップと、 電流印加手段に、前記試料に電流を印加させるステップ
と、 フィルタ手段に、前記試料で発生したホール起電圧を示
す検出信号のうち前記交流信号と同一の周波数成分だけ
を通過させるステップと、 ベクトル測定手段に、通過した周波数成分を示す信号に
対して一定時間間隔でサンプリングを繰り返させること
により、各サンプリング時刻における前記信号の電圧の
絶対値と前記信号の前記交流信号に対する位相とからな
る複数のベクトルを測定させるステップと、 測定された複数のベクトルに基づいて、前記試料のホー
ル効果を特定する物性値を算出するステップとを含むこ
とを特徴とするホール効果測定方法。
7. A method for measuring a Hall effect of a sample using an AC magnetic field, wherein the signal generating means generates an AC signal in a frequency range of 0.01 to 0.2 Hz ; Generating a magnetic field synchronized with the AC signal in the AC magnetic field generating means to apply the magnetic field to the sample; applying current to the sample in the current applying means; and generating holes in the sample in the filter means. Passing only the same frequency component as the AC signal in the detection signal indicating the electromotive voltage; and causing the vector measurement means to repeat sampling at a fixed time interval for the signal indicating the passed frequency component, thereby Measuring a plurality of vectors consisting of the absolute value of the voltage of the signal at the sampling time and the phase of the signal with respect to the AC signal; Calculating a physical property value specifying the Hall effect of the sample based on the plurality of measured vectors.
【請求項8】 請求項記載のステップを含むプログラ
ムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
8. A computer-readable recording medium on which a program including the steps according to claim 7 is recorded.
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