3‐1 霍爾量測系統架設
本文利用氦氣壓縮機致冷座，電磁鐵(GWM-5403)，可程式雙通道電壓電流源 (keilthey 2602)與鎖相放大器(Lock-in Ampifier)SR-830)與自己設計的 Labview 控制程式，架設一套可變磁場(-0.8T~0.8T)，變溫(18K~300K)與變偏壓 的霍爾量測系統，如圖 3-1。
圖 3-1 霍爾量測系統示意圖
進行霍爾量測時將樣品放置致冷器中，經過轉接盒將樣品接腳接出致轉接盒。樣 品接腳的訊號都可透過這個 BNC 轉接盒轉接致量測訊號。霍爾量測中樣品通道通 與的電流，由鎖相放大器(Lock-in Amplifier)送出一個 1v 電壓， 17Hz 頻率的 正旋訊號，經由串接一個 10MΩ電阻接到樣品源極，於是得到一個 10-7A 的定電 流流經樣品，如圖 3-3 中的 lock-in Amp1 所式。lock-in Amp1 量測片電阻如圖 3-3 中下的紅色曲線所示。圖中震盪的曲線不是 SDH 震盪(Shubnikov-de Hass oscillations)，而是因為系統選用 SR-530 的類比鎖相放大器因為年久穩定性衰 退所致。
圖 3-2 霍爾量測接腳示意圖
圖 3-3 霍爾量測 LabView 程式
圖 3-4 電磁鐵 GWM-5403 磁軸間距與磁場大小關係[12]
量測結束後可利用 Labview 自動計算程式，如圖 3-5。計算出電子遷移率與載子 濃度。自動計算程式讀進量測儲存的文字檔後，利用 Labview 程式內建聯結 Mathematicas 的線性迴歸近似副函式，近似出霍爾電阻與磁場關係的霍爾係數 然後得出載子濃度。
表面閘極偏壓調變通道載子濃度的量測，是利用 Keithley 2602 雙通道電壓 電流源加一偏壓於表面電極。在偏壓時可以同時觀測表面閘極與樣品間的漏電流，
而表面閘極漏電流如果過大將會造成量測的誤差，所以實驗只進行到 10nA 以下 漏電流的量測，圖 3-6。
圖 3-5 霍爾量測結果自動計算程式
圖 3-6 表面閘極調變-霍爾量測電路示意圖
根據美國測試與材料組織(American Society for Testing and Materials) 建議進行霍爾量測透過自動切換電路，改變量測的電流方向與不同接點的訊號，
確保量測數據在樣品是均勻存在[13]。所以本文參考文獻[14]，自行製作一個電 腦控制可自動切換的電路，如圖 3-7。由霍爾量測 Labview 程式透過 RS-232 輸 出控制訊號給單晶片(AT89c51)，單晶片接受訊號後判斷所要切換的電流方向，
再控制兩顆多工器(CD74Hc4052E)做樣品源極或汲極聯結到定電流源選擇的切換；
欲量測樣品霍爾電阻與片電阻接腳端，如圖 3-8 接腳 4 與接腳 2 的自動切換，圖 3-9 樣品 Source 跟 Drain 間的切換。
圖 3-7 自動變換接腳電路示意圖
圖 3-8 自動切換電路動作示意圖(1)
圖 3-9 自動切換電路動作示意圖(2)
3‐2 低溫強磁量測系統 驗室低溫強磁場進行量測，但偏壓源換成 Keilthey 2602。
圖 3-10 分離閘極電導量測電路示意圖
3-4 van der pauw 量測
1958 年 L. J. van der PAUW 提出可以量測任意樣品形狀片電阻與霍爾效應 的方法，並提出與證明其計算方式可行，圖 3-11[15]。而量測在幾個前提下結 果才成立：(1)必須在假設元件表面均勻、樣品形狀對稱下，(2)必須確保在樣品 邊緣點的金屬接觸點都夠小且靠近邊緣。否則量測的結果都必須透過形狀因子來 做修正，如圖 3-12(3)進行霍爾量測或是 van der pauw 時都應盡量將量測訊號 點盡可能遠離電壓，電流源點。
雖然進行 van der pauw 量測不需多道的製程，但其量測結果也較不準 確。原因是其量測樣品可能不夠對稱，而電流方向也並非全部與片電阻量測
平行，霍爾量測訊號正交。所以為了消除不對稱的因素，van der pauw 量