ICS77.040 CCSH17 中华人民共和国国家标准 GB/T4326—2025 代替GB/T4326—2006 非本征半导体单晶霍尔迁移率和 霍尔系数测量方法 Extrinsicsemiconductorsinglecrystalsmeasurementof HallmobilityandHallcoefficient 2025-10-31发布 2026-05-01实施 国家市场监督管理总局 国家标准化管理委员会发布前 言 本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则 第1部分:标准化文件的结构和起草规则》的规定 起草。 本文件代替GB/T4326—2006《非本征半导体单晶霍尔迁移率和霍尔系数测量方法》,与 GB/T4326—2006相比,除结构调整和编辑性改动外,主要技术变化如下: a) 更改了范围(见第1章,2006年版的第1章); b) 更改了术语和定义(见第3章,2006年版的第2章); c) 更改了方法原理(见第4章,2006年版的第3章); d) 更改了干扰因素(见第5章,2006年版的第8章); e) 增加了试验条件(见第6章); f) 增加了试剂或材料(见第7章); g) 更改了几何尺寸量具的要求(见8.2,2006年版的5.2); h) 更改了电极制备设备的要求(见8.3,2006年版的5.3); i) 更改了样品(见第9章,2006年版的第4章); j) 更改了试验步骤(见第10章,2006年版的第6章); k) 更改了试验数据处理(见第11章,2006年版的第7章); l) 更改了精密度(见第12章,2006年版的第9章)。 请注意本文件的某些内容可能涉及专利,本文件的发布机构不承担识别专利的责任。 本文件由全国半导体设备和材料标准化技术委员会(SAC/TC203)与全国有色金属标准化技术委 员会(SAC/TC243)共同提出并归口。 本文件起草单位:有研国晶辉新材料有限公司、有色金属技术经济研究院有限责任公司、中国电子 科技集团公司第十三研究所、中国电子科技集团公司第四十六研究所、广东先导微电子科技有限公司、 中国科学院半导体研究所、晶澳太阳能科技股份有限公司、大庆溢泰半导体材料有限公司、深圳大学。 本文件主要起草人:林泉、王博、马远飞、李素青、王阳、刘国龙、周铁军、王宇、黄文文、王金灵、刘京明、 韩庆辉、赵中阳、胡世鹏、莫杰、朱晨阳。 本文件于1984年首次发布,2006年第一次修订,本次为第二次修订。 ⅠGB/T4326—2025 非本征半导体单晶霍尔迁移率和 霍尔系数测量方法 1 范围 本文件描述了非本征半导体单晶材料霍尔迁移率和霍尔系数的测量方法。 本文件适用于硅、锗、砷化镓、磷化镓、磷化铟、锑化镓、锑化铟、硫化镉、氧化镓、碳化硅、氮化镓单晶 材料霍尔迁移率和霍尔系数的测量,也适用于电阻率小于108Ω·cm的其他半导体单晶材料霍尔迁移 率和霍尔系数的测量。 2 规范性引用文件 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期的引用文 件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于 本文件。 GB/T14264 半导体材料术语 3 术语和定义 GB/T14264界定的术语和定义适用于本文件。 4 方法原理 本方法利用霍尔效应即当固态导体放置在一个磁场内,且有电流通过时,导体内的电荷载流子受到 洛伦兹力而偏向一边,继而产生电压(霍尔电压)的现象,进行霍尔迁移率和霍尔系数的确定。 在具有单一型号载流子的非本征半导体中,霍尔系数与材料基本参数的关系见公式(1)。 RH=γ n×e…………………………(1) 式中: RH———霍尔系数,单位为立方厘米每库仑(cm3/C); γ———霍尔因子; n———载流子浓度,单位为每立方厘米(cm-3); e———电子电荷,单位为库仑(C)。 霍尔因子(γ)是由散射机构、样品温度、能带结构及磁场强度决定的比例因子,γ通常可取1。 5 干扰因素 5.1 测量电流宜不大于1mA,以免试样发生电流加热。当电流通过试样,可用电阻率读数随时间的变 化来判定测量电流是否适当。 5.2 测量高阻试样时,试样表面漏电会影响测量结果。 1GB/T4326—2025 5.3 试样杂质浓度不均匀或磁通密度不均匀,会影响测量结果。 5.4 对于各向异性的材料,如n型硅和n型锗,霍尔测量受电流和磁场相对于晶轴方向的影响。 5.5 测量电路中可能产生假电动势,如热电势,特别是在低温测量时,可通过电流换向或增加屏蔽等方 式消除。 6 试验条件 6.1 室温测量温度:23℃±3℃;低温测量温度:77K(纯度大于10N的锗和锑化铟单晶材料在此温度 测量)。 6.2 相对湿度:小于60%。 6.3 电场:小于1V/cm。 6.4 被测试样应置于避光的样品架中。 6.5 测量装置应置于良好的高频电磁屏蔽之中。 7 试剂或材料 除非另有说明,在试样制备和测量中使用电阻率为(16~18)MΩ·cm的纯水,实验所用的试剂为 优级纯。 7.1 盐酸:质量分数为36%~38%。 7.2 硝酸:质量分数为65%~75%。 7.3 氢氟酸:质量分数为35%~45%。 7.4 氢溴酸:质量分数为48%。 7.5 冰醋酸:质量分数不小于99%。 7.6 过氧化氢:质量分数为30%。 7.7 氢氧化钾:质量分数为20%~30%。 7.8 重铬酸钾:质量分数为10%~20%。 7.9 氢氧化铵:质量分数为20%~30%。 8 仪器设备 8.1 试样加工设备 宜使用内圆切片机、高精度的外圆切片机或超声加工机床等切割设备。使用的冲模应保持试样尺 寸偏差在±1%的范围内。研磨设备适用于制备平整的金相试样。 8.2 几何尺寸量具 几何尺寸量具的精度不低于0.02mm。 8.3 电极制备设备 8.3.1 电烙铁:普通电烙铁或者超声烙铁。 8.3.2 磁控溅射或者蒸发镀膜机:用于金、银、铟、铝、镍等电极制备。 8.3.3 烧结炉:可充氮气保护气体、可抽真空、达到所需温度(350℃~500℃)。 2GB/T4326—2025 8.4 霍尔测试仪 8.4.1 磁体 磁通密度的精确度偏差不大于±1%,稳定度达到±1%,磁场均匀度达到±1%。 8.4.2 电子设备 8.4.2.1 可调电流源:电流稳定性不低于±0.5%。 8.4.2.2 标准电阻器:标准电阻的误差小于±0.1%。 8.4.2.3 电流表:误差小于±0.5%。 8.4.2.4 电压表:推荐使用数字电压表,电压测量误差小于±0.1%。电压表的输入阻抗应是被测试样 总阻的1000倍以上。也可使用符合要求的电位差计、伏特计或静电计。 8.4.3 试样架 试样架由非磁性材料构成,不会对磁场造成影响,在试样位置上磁通密度值的变化应不大于±1%。 试样架应置于磁场的中心,使试样平面与磁通方向垂直。 低温(77K)测量时,试样可置于液氮槽中,液氮槽应由非磁性材料制成。 9 样品 9.1 取样 从单晶切取厚度不超过1.0mm的晶片。 9.2 外形加工 用机械加工的方法将晶片加工成方形或者矩形,方形尺寸宜为1cm×1cm,矩形短边边长不小于 0.5cm。典型的薄片试样示意图如图1所示。 a) 方形 b) 矩形 标引符号说明: a———方形试样边长,单位为厘米(cm); ts———试样厚度,单位为厘米(cm); b———矩形试样长边长度,单位为厘米(cm); c———矩形试样短边长度,单位为厘米(cm)。 图1 典型的薄片试样示意图 3GB/T4326—2025 9.3 研磨加工 进行研磨以消除机械损伤,并使试样具有均匀、平整光洁的表面,使用纯水冲洗干净。 9.4 腐蚀 9.4.1 加工后的试样洗净后应进行腐蚀,腐蚀后试样厚度不小于0.5mm。 9.4.2 对硅单晶试样,宜使用氢氧化钾溶液作为腐蚀液,在90℃下腐蚀3min~5min。 9.4.3 对低纯度锗单晶(纯度不大于10N)试样,宜使用过氧化氢、氢氟酸和纯水按体积比1∶1∶4混 合成的腐蚀液,在25℃下腐蚀3min~5min。对于高纯锗单晶(纯度大于10N)试样,宜使用硝酸、氢 氟酸按体积比3∶1混合成的腐蚀熔液,在室温下腐蚀30s~180s,使用纯水冲洗至中性,氮气吹干 备用。 9.4.4 对砷化镓单晶试样,宜使用氢氧化铵、过氧化氢和纯水按体积比2∶1∶1混合成的腐蚀溶液,在 室温下腐蚀3min~5min。 9.4.5 对磷化镓单晶试样,宜使用重铬酸钾溶液、氢溴酸和冰醋酸按体积比1∶1∶1混合成的腐蚀溶 液,在40℃~60℃水浴中腐蚀9min~11min。 9.4.6 对磷化铟单晶试样,宜使用盐酸腐蚀3min~5min,也可用化学机械抛光代替腐蚀,得到光滑试 样表面。 9.4.7 对锑化镓、锑化铟单晶试样,宜使用盐酸和硝酸按体积比3∶1混合成的溶液腐蚀30s~60s,也 可用化学机械抛光代替腐蚀,得到光滑试样表面。 9.4.8 对硫化镉、氧化镓、碳化硅和氮化镓试样,洗净后可用化学机械抛光代替腐蚀,得到光滑试样 表面。 9.5 电极的制备 9.5.1 试样接触面积应尽可能的小,通常电极应置于试样边缘。 9.5.2 单个电极面积占样品面积比例不超过5%,焊线材质建议采用银、锡等金属。 9.5.3 电极制备完成后需要形成良好的欧姆接触,欧姆接触不良时电极接触电阻较高,可能导致虚假 的结果。试样电流-电压曲线呈线性时表明欧姆接触良好。 9.5.4 对硅单晶试样,仅在接触的区域内用HNO3和HF按体积比10∶1混和成的腐蚀液,腐蚀不超 过1min,再用纯水清洗。采用点焊或用电镀