ホール効果測定について

質問

現在、私は化合物薄膜のホール効果測定を行っているのですが、どうしてもうまく
測定できません。薄膜試料でホール効果測定を行う際(室温で）、注意すべき点等が
ございましたら、ご教授ください。

P.S.
私が行っている方法は一辺が1cm×1cmの正方形試料(膜厚が数百nm）の各頂点に
4つの端子を接触させ、磁場を試料の面直方向に印加した状態で、片方の対角線端子
間に一定電流を、他方の対角線端子間で電圧を測定するという方法です。

回答No.2

siegmund · ベストアンサー

昔々，ヘリウム温度で金属薄膜のホール効果の測定をしたことがあります．
中心になっていたのは私の後輩だったし，
こういう話からは長いこと離れてしまったので，そのつもりでご覧下さい．

> 磁場を印加する前後で電圧にほとんど差が生じない

がちょっと気になります．
磁場がゼロでも，ホール端子で測定される電圧はゼロにならない
ということですか．
もし，そうなら電流方向の電圧がホール端子の電圧に混在してしまって
いるのでなないですか．
よく，棒状資料の図でホール効果の説明がありますが，
ホール端子の位置が電流と正確に直角方向になっていなければ，
見かけのホール電圧は，真のホール電圧と抵抗の電圧降下の分との
和になりますね．
もともとホール電圧は小さいですから，紛れ込んだ抵抗電圧の分が大きいと
マスクされてしまってうまく観測できないことがあります．
電流の方向を反転してみると，チェックになります．

熱起電力(ゼーベック効果)や熱磁気効果(ネルンスト効果)が
じゃますることもあります．

それから，資料の形は正方形がいいんでしたっけ？
電流端子と電圧端子を交換して測定して，
何かじゃまな効果をうち消せるメリットがあったような気がしますが，
デメリットもあったような記憶があります．
(なんせ，昔のことなので(^^;))．
他に，長細い形にして，櫛の歯のように左右にホール電圧端子を
突き出させるタイプもありますね．
私が使ったのはこのタイプでした．

あとは，直流法か交流法か，もありますね．
電流，磁場の交直で４通りありますね．
私が使ったのは両方交流で
(もちろん両者は周波数を違え，単純比にならないようにする)，
ホール電圧の周波数成分(三角関数の積→和)をロックインアンプで
検出する方法を使いました．

丸善の実験物理学講座あたりに何かヒントがないでしょうか？
(今手元にないので無責任ですが)．
他にもどこか実験物理学講座の類を出していたような気がします．
あるいは，電気測定技術の専門書とか．

この種の測定は，それなりの腕を持った人たちがかなり苦労して
いろいろな方式の得失などの知識を積み重ねてきています．
ですから，専門の技術書を参照してから自分のシステムに応用して
みるより仕方がないと思います．
既にエキスパートの域に達した人も
最初のうちはそういう参照をしながら腕をあげたのでしょうね．

お礼

詳しい回答、ありがとうございました。
確かにパウ法では電流、電圧端子の組み合わせを幾通りかにスイッチしながら、
それぞれのホール電圧を測定し、形状誤差分(つまりは抵抗電圧分）は省くことが
できます。(というか、そのつもりで測定回路を組みました。）それでも上手く
いかないので困っていたのですが、siegmundさんのアドバイスを読んで今度ACでの
測定を試みてみたいと思います。

それと丸善の実験物理学講座あたりの教科書を探してきて、もう少し勉強してみよう
と思います。

貴重な回答、ありがとうございました。

回答No.1

Umada

パウ法による導電率測定ですね。
あまりお役に立てなくて申し訳ないですが、「うまく測定できない」といっても現象は千差万別ですから、その内容をもう少々詳しく書けばよい回答が届くことと思います。
例えば「値が安定しない」「値の再現性が悪い」「電圧-電流の直線性が悪い」などなど・・・

誤差要因としては(1)薄膜の厚さが一定でない　(2)周囲長に対して電極の寸法が無視できない　などがあったと思います。

補足

すみませんでした。説明不足ですね。。
上手く測定できないというのは、磁場を印加する前後で電圧にほとんど差が生じない
のです。値が安定しないとか再現性が悪いとか以前の問題ですね。。これは試料の問題ではないことも確認しました。(n+Si、pSi等でも測定できませんでした。）

薄膜の厚さに関してはそれほど問題はないと思います。電極の接触面積はタングステンの
極細針に金コーティングしたものを使用しているので、無視できるオーダーだと
思います。