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 霍尔效应分析仪,变温霍尔效应分析仪

 
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  实验仪器

 

 

外延片PL谱扫描成像仪(光致发光PL),霍尔效应分析仪,电化学CV分布仪(CV测试仪,脉冲激光沉积系统(PLD)/大面积PLD系统
MOCVD金属有机物化学气相沉积是一门制造化合物半导体器件的关键技术。目前在光电方面应用得最成熟得是GaN LED了.全世界MOCVD设备2.32亿美元的市场主要被三家公司瓜分。其中AIXTRON占63%,美国Veeco占22%,日本Nippon Sanso则分得4%的杯羹,剩下的便是Emcore和Nissin Electric公司了。作为一家老牌的MOCVD设备制造商。AIXTRON的MOCVD设备在去年取得了辉煌的成就,其中有七成的设备销往亚洲,在中国的市场份额达75%,迄今超过50台,中国台湾高达80%。氧化锌(ZnO)为代表的宽禁带半导体,光电转换特性突出,与GaN一道被誉为第三代光电子半导体材料。ZnO具备发射蓝光或近紫外光的性能,有望开发出紫外、绿光、蓝光等多种发光器件。ZnO器件主要包括紫外探测器、LED和半导体激光器(LD)等,将广泛用于光通信网络、光电显示(LCD、PDP、CRT及LED背光等)、光电储存、光电转化和光电探测等领域。ZnO材料的生长与GaN不尽相同。它产生预反应和均匀性双方很难调和的现象。此外,如何利用n型本征ZnO掺杂进而转变成p型ZnO,制备出ZnO薄膜的p-n结结构,是光电器件之关键。
MBE激光分子束外延技术(是近年来发展的一种先进的薄膜生长技术, 在氧化锌薄膜生长的研究中因其独特的优越性显示出越来越强的竞争力.
PLD脉冲激光沉积薄膜是近年来发展起来的使用范围最广,最有希望的制膜技术.
以氮化镓(GaN)为代表的III族氮化物半导体材料,包括本征层GaN、掺杂Si或Mg的n型和P型GaN、InGaN和A1GaN三元膜以及异质结、超晶格、量子阱材料,作为继Si和Ge单质半导体以及GaAs和InP等化合物半导体之后的第三代半导体材料,由于其优异的电学、光学和热学特性,在高温大功率微电子器件、蓝绿和紫色发光器件、信息显示存储和读取等领域有着广阔的应用前景。
 

相关重要测试仪器设备:

霍尔效应分析仪
外延片PL谱扫描成像仪(光致发光PL)
电化学CV分布仪(CV测试仪
脉冲激光沉积系统(PLD)/大面积PLD系统


霍尔效应分析仪:
原产国:韩国

用于测量半导体材料的载流子浓度、迁移率、电阻率、霍尔系数等重要参数,而这些参数是了解半导体材料电学特性必须预先掌控的,因此霍尔效应测试仪是理解和研究半导体器件和半导体材料电学特性必备的工具。
HMS系列霍尔效应测量系统主要由恒电流源、范德堡法则终端转换器、低温(77K)测量系统及磁场强度输入系统组成,拥有研究半导体材料霍尔效应所有的部件和配置,是一套非常成熟的仪器系统。同时HMS系列仪器获得多项霍尔效应测量系统、测量方法的专利,代表了霍尔效应测量的全球品质及合理的产品价格,并为全球客户所认可。该产品2004年7月通过CE认证。 


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产品特性:
1、  可靠的精度及重现性
恒电流源(1nA~20mA)采用六级电流范围设置,将可以接收的误差降到最低;范德堡法则转换使用非接触装置有效降低仪器噪声;软硬件有针对性的设计,确保每个实验数据均为多次测试的平均值,使仪器拥有非常好的数据重现性。
2、  产品小型化及操作简单化
小尺寸的磁场强度输入系统使用永磁体和液氮低温测量系统(77K),确保仪器操作非常简单;两种不同尺寸的传统样品板(20*20mm、6*6mm)及带弹簧夹片的样品板(SPCB),使得不同尺寸不同材料的薄膜样品更容易测量,区别于传统样品板的弹簧夹片样品板使得霍尔电极制作更方便且对样品损伤更小。
3、  I-V曲线及I-R曲线测量
采用图表的方式,测量探针四点(A、B、C、D)间电流-电压及电流-电阻关系,并以此评判样品的欧姆接触好坏、了解样品的基本的电学特性。
4、  多样的实验结果
实验结果由软件自动计算得到,可同时得到体载流子浓度(Bulk Carrier Concentration)、表面载流子浓度(Sheet Carrier Concentration)、迁移率(Mobility)、电阻率(Resistivity)、霍尔系数(Hall Coefficient)、磁致电阻(Magnetoresistance)、电阻的纵横比率(Vertical/Horizontal ratio of resistance)等等。

产品组成:
主机(精密恒电流源+范德堡法则终端转换器)

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[HMS-3000软件界面一]

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[HMS-3000软件界面二(I-V和I-R曲线测量)]

产品规格:
1、  主要实验参数
输入电流
电阻率
(.㎝)
载流子浓度
(1/cm3)
迁移率
(cm2/Volt.sec)
磁场强度
(Tesla)
温度
(K)
样品测量板
 
 
1nA – 20mA
 
10-4 - 107
 
107 – 1021
 
1 - 107
0.37
0.55
1
77
300
PCB样品板
(6×6mm,20×20mm)
SPCB 弹簧片样品板
2、  软件操作环境
    Windows 98 / ME / 2000 / NT / XP环境下
3、  实验结果
体载流子浓度、表面载流子浓度;
迁移率、霍尔系数;
电阻率;
磁致电阻;
电阻的纵横比率;
4、  仪器尺寸和重量
主机尺寸:360×300×105 mm (W×H×D)  磁体Kit尺寸:200×120×110 mm (W×H×D);
净重:7.7千克;
5、  测量材料
Si, SiGe, SiC, ZnO, GaAs, InGaAs, InP, GaN, ITO等所有半导体薄膜(P型和N型);

霍尔效应分析仪:具有高准度及易操作之特性,此系统可以量测化合物半导体材料的电阻值,载体浓度及迁移率,其适用对象包括硅,硅、III-V族、II-VI族化合物半导体材料。HMS-3000可测试了GaN膜在常温下的霍尔系数、载流子浓度、表面电阻率和迁移率 。利用霍尔效应测试可以更好地研究半导体材料电学性能,在外延片的研制过程中测试外延层的载流子浓度,利用范德堡法测试电阻率以及载流子迁移率等参数

仪器原理
霍尔效应的本质是:固体材料中的载流子在外加磁场中运动时,因为受到洛仑兹力的作用而使轨迹发生偏移,并在材料两侧产生电荷积累,形成垂直于电流方向的电场,最终使载流子受到的洛仑兹力与电场斥力相平衡,从而在两侧建立起一个稳定的电势差即霍尔电压。在磁场中的载流导体上出现很想电势差的现象是24岁的研究生霍尔(Edwin H. Hall)在1879年发现的,现在称之为霍尔效应。随着半导体物理学的迅猛发展,霍尔系数和电导率的测量已经称为研究半导体材料的主要方法之一。通过实验测量半导体材料的霍尔系数和电导率可以判断材料的导电类型、载流子浓度、载流子迁移率等主要参数。若能测得霍尔系数和电导率随温度变化的关系,还可以求出半导体材料的杂质电离能和材料的禁带宽度 。
仪器介绍
霍尔效应分析仪作为测定半导体材料的电磁特性的仪器可以得到材料的载流子浓度、迁移率、电阻率及霍尔系数等数据,是掌握半导体材料特性所必需的设备。Ecopia霍尔效应测定设备是由静电流源,显示Van Der Pauw法则端子转换器,低温(77K)测定系统以及磁场强度集成在一起,是拥有所有测定霍尔效应所需装置的系统。 性能稳定、功能强大、性价比高的霍尔效应测试仪,在全球高校及半导体业界拥有广泛的用户和知名度。

技术参数
磁场强度:0.31T/0.37T/0.51T/1T;
常温和液氮温度(77K)测量;
输入电流:10nA-20mA, Option:1nA-20mA;
迁移率(cm
2/Volt-sec):1-107
阻抗(Ohms.cm):10
-4 to 107
密度(cm
-3):107 - 1021
样品夹具:6mm*6mm及20mm*20mm;
测量材料:所有半导体材料包括Si,ZnO,SiGe,SiC,GaAs,InGaAs,InP,GaN(N型&P型均可测量)
仪器尺寸:320*300*105 mm
仪器重量:7.7kg

主要特点
产品特征:
产品特征:
1)具有测量半导体材料的电磁特性的再现性及精密性
在恒电流供应下,设定5个阶段的电流范围而将误差降到最低。同时显示Van Der Paum法则时利用非接触方式将噪声降到最低。
2)确保仪器的小型化及使用的方便性
使用小型化的永磁体及低温测定系统(77K)确保测定的方便,同时可进行使用两种样品基板(20mm*20mm,6mm*6mm)的多样的样品测试。
3)通过程序确认多样的结果
经Bulk及sheet载流子浓度,迁移率,电阻率,霍尔系数,磁阻,Alpha(电阻的纵横比率)等结果得出各种结果。
4) HMS-3000具有I-R/I-V曲线功能,方便判断样品欧姆接触好坏、何条件下测试数据较准确。
5)HMS-3000测试速度大为提高,测试一个样品只需15秒!
6)开发了弹簧样品夹具,部分取代传统焊锡制作霍尔电极。

适用范围
    本仪器可用于霍尔效应、载流子类型、载流子类型转变的演示和学生实验。也可焊脱恒温器内随机样品的引线,换上用户的样品,用于科学研究;例如研究变温磁阻、超导、电阻温度特性、变温光电、变温磁光(需另购带光学窗口的尾套)等。具有用途广、造价低、使用方便的特点。

测量分析载流子分布,以评估多层材料特性,并测量多载流子的具体性能。 

通过测量活动载流子的密度来检查掺杂效力。

检查诸如:CVD和MBE的半导体生长系统的纯度。

控制半导体生产中的质量。

1879Edwin H. Hall发现了霍尔效应。霍尔效应的本质是:固体材料中的载流子在外加磁场中运动时,因为受到洛仑兹力的作用而使轨迹发生偏移,并在材料两侧产生电荷积累,形成垂直于电流方向的电场,最终使载流子受到的洛仑兹力与电场斥力相平衡,从而在两侧建立起一个稳定的电势差即霍尔电压。正交电场和电流强度与磁场强度的乘积之比就是霍尔系数。平行电场和电流强度之比就是电阻率。大量的研究揭示:参加材料导电过程的不仅有带负电的电子,还有带正电的空穴。

多样的固有物理性质会影响材料的电子表现。大多数这些表现都是与热电相关的。其中的一些效应可通过控制样品周围的温度来减小样品中的热梯度的方式来减弱。Ecopia的霍尔效应测试系统可控制温度和磁场强度来产生正确、可靠的霍尔效应和电子传输测量结果。霍尔效应已被广泛的用于测量半导体和金属的电子传输特性。

霍尔效应和电子传输测量对于诸多半导体材料如:SiGeGaAsGaNAlGaAsCdTeHgCdTe, 和磁控电阻器。GMR薄膜,高温超导体的性质测量来说,意义重大。传送霍尔效应的测量可使您获得更多的信息。传送霍尔效应测量很适合进行。Ecopia霍尔效应/电子传输测量系统是一种先进的用于分析材料电传特性的系统,操作简单、精确,允许用户既可测量样品的温度也可测量样品的磁通

 

可测试材料:

半导体、金属、超导体;薄膜和块状材料;单晶和多晶;单载流子和多载流子。所有半导体材料包括Si,ZnO,SiGe,SiC,GaAs,InGaAs,InP,GaN(N型&P型均可测量) GeCdTeHgCdTe, 和磁控电阻器。GMR薄膜等等。

 

应用:

测量分析载流子分布,以评估多层材料特性,并测量多载流子的具体性能。 

通过测量活动载流子的密度来检查掺杂效力。

检查诸如:CVD和MBE的半导体生长系统的纯度。

控制半导体生产中的质量。 

使测量更简单:

在数据采集过程中可控制操作。

允许用户通过计算机进行虚拟仪器的操作和控制。

通过积极地控制磁场来获得可靠的测量结果。

允许用户完全自行设计实验过程来满足特殊需要。

实时持续地监视实验过程,以图表的形式显示实验数据。

自动记录数据。

为以后的处理、分析和显示在计算机中存储数据。

允许用户自己编写程序,以使该程序具有更强大的功能。

 

如何选择霍尔效应系统

应该从磁场范围、温度范围及阻值范围几方面来考虑:

磁体的选择

     磁体是霍尔效应系统中的一个主要部件。因为磁场决定了霍尔系统可进行何种测量,所以,有必要知道目前的需要和将来的需要。我们既提供了由电磁铁组成的系统,又有超导磁铁组成的系统。

     电磁铁:47英寸的。它们会产生2特斯拉的最大磁场,通常适用于较大尺寸的样品。不同的温度容器可作为选件添加。
 
超导磁体:Ecopia提供产生9特斯拉磁场的超导磁体。通常,适于小尺寸样品。温度范围可从液氦到室温。高温范围也可选择。超导磁体通常被用于Ecopia的低温霍尔系统中。

温度范围的选择

     电子传输特性随温度变化有较大的变化。仅在室温下测量是不够的。如用液氮制冷至77K可减小由于晶格振动而引起的电子散射,能够更清楚的观察到掺杂和结构缺陷。在最低温度时(〈10KShubnikov-de Haas 摆动和量子霍尔效应的测量可以获得更多的信息。     

不同的恒温器通过积极的控温方法使同样的测量可获得更好的重复性。积极的温度控制对一些材料至关重要,比如:半绝缘的GaAs,在室温下,10%的温变便可能引起电阻变化。使用不同的恒温器,可通过载流子的不同的激励能量来鉴别它们。如果一种材料有意在不同的温度下使用,就可以确定在一种温度下是否可用。 这就是温度因素的重要性。当使用不同的低温系统时,可考虑不同的制冷方法:

1)液体制冷剂

2)闭环制冷机。

若要在高温下测量,可以使用高温炉。

      阻值范围的选择

许多电子传输测量需要测量样品的阻值。当用户想知道电阻率时,系统测得样品的电阻,然后把它转换成用户希望电阻率下的值。可测电阻的范围与所需精度是由系统的特性决定的。

高阻:测量高阻样品要求一个精密的低噪微电流源。该电流源必须有一个高效的输出电阻,并且电压计的输入电阻、转换卡和连线的总电阻必须远大于样品电阻。三轴电缆可以减小漏电和电缆电容。 

低阻:测量低阻样品需要高电流源和很灵敏的电压计。测量系统必须把噪音、漂移和热电电压降到最小以获得正确的低电压值。

 

三、系统组成 

包含硬软件部分。硬件部分包含磁性、温度测量和控制部件及测试仪表。可根据不同的磁场和温度要求选择不同的附件组成相应的测试系统。


下载相关英文资料:
Downloadable documents and information regarding the Hall Measurement System:


1)  A two page flyer regarding the HMS-3000 a 101K PDF file

2)  
A guide to installing and using the HMS-3000 Hall Effect Measurement System [2.4 MEG PDF file]

3)  
Operating Manual for the HMS-3000 System [2.9 MEG PDF file]

4)  
Download a PDF file [734K] describing the process for bonding a sample to one of the test boards used in the HMS-3000 Hall Effect Measurement System

5)  An NIST web page,
http://www.eeel.nist.gov/812/hall.html, regarding the theory and implementation of the Hall Effect Measurement technique

6)  
Download a PDF file [434K] which shows the MP55T sample holder/magnet set that has TWO 0.55T magnets on a slide mechanism which relieves the user from having to remove the magnet and replace it on the other side of the sample kit. Using the MP55T sample kit, the user only needs to position the side in one of the three positions, i.e., the "no magnet" position, the "north magnet" position, or the "south magnet" position. The slide moves very easily. The MP55T is available on a new system instead of the usual magnet kit, or it can be purchased as an upgrade to an existing system

And, we have more than 150 system installed worldwide.
NASA, Oxford university, Tokyo university and samsung electronics are some of our customers.
And, more and more customers are not hesitating to use our system, as time goes on.

For helping your understanding our system, pls go into below link and,
you can download technical materials.

http://www.ecopia21.co.kr/eng/sub/custom03.htm

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外延片PL谱扫描成像仪PL/PLE光致发光谱测量系统
外延片
PL谱扫描成像仪用于快速在线检测发光二极管外延片的质量,主要用于发光二极管外延片和芯片生产线.生成高分辨率的图谱和测定薄膜厚度等。本仪器为外延片生产工艺优化控制提供快速可靠的数据反馈.为高效高质量生产提供可靠保证。本成像仪现已成功应用于多条LED外延片生产线上。逐点扫描检测计算机分析计算外延片的积分光强,主波长,峰值波长,光谱半宽等参数以绘图形式显示分布和数据截面分布囤,显示单点光谱显示各个参数的统计结果显示选择范围的各项统计参数可进行局部扫描,并对扫描结果进行去孤立点和去边处理采用白光反射谱测量薄膜厚度并以绘图形式显示分布和数据配备离线数据处理软件本成像仪可靠。结构紧凑。全部检测和数据处理由计算机自动完成。采用用户友好的窗口界面,操作简便。用户仅需最小的培训就可使用。另外可根据不同外延片,选配不同的激光器。

特点

  • 高性能、低成本光致发光测量系统

  • 宽光谱范围(UV-VIS-NIR

  • 简单的设计和校准

  • 低噪声和高PL信号探测灵敏度

  • 多激发光源可选

  • 容易找到峰值和FWHM参数

  • He-Cd 激光器, 325nm, 25mW, TEM 多模式

  • 高反射介质镜和支架

  • 激光带通滤波器

  • 用于聚焦和准直的熔石英透镜组

  • 用于激光线屏蔽的截至滤波片组

  • 1微米精度的电动XY调节台组

  • 2”4”晶片架

  • 小型凹面全息光谱仪

  • 1024象素低噪声阵列探测器

  • 25mm x 2500mm象素尺寸,16比特,USB接口

  • 探测范围:200-1100nm(光栅取决于)

  • SMA连接器,直径100mm,光纤接口

  • 包括系统控制器,控制和绘图

附加激发源

  • Ar-Ion 激光器(488 and 514nm) 50-100mW

  • DPSS 激光器(532nm) 100-300mW

  • He-Ne 激光器(632.8nm) 20mW

  • NIR 激光器(785nm) 100mW

其它探测器

  • 线阵CCD 探测器 (2048象素) 400-900nm

  • InGaAs 阵列探测器(NIR512象素) 900-1700nm

  • 高性能低噪声制冷CCD 探测器(-75C)

  • (1024 x 128 1024 x 256 象素)

  • PMT 探测器组 (190-900nm)

系统空间分辨率(TEMoo模式)

  • 50um(一般应用)

  • 10um(10x M-plan 透镜)

  • 1um 光束尺寸,在微PL或拉曼系统上的100x M-plan 镜头

  • 用于低温PL的低温制冷系统

 

 


脉冲激光沉积系统(PLD)/大面积PLD系统

SURFACE was founded in 1988 as a sales agency and distributor for North American of the thin film technology. Since then we developed a high profile in the industry.

SURFACE distributor for thin film products
over the years SURFACE has been appointed as Distributor for the leading US and Canadian companies. We are proud to offer a wide range of products for the surface related industry and science.

With the technology background of our crew in plasma related equipment manufac- turing SURFACE was starting with equipment production in 1993. At this time we moved into our new building in Hueckelhoven, a small town in the western region of Germany, in the middle of the triangle of Aachen, Koeln, Duesseldorf.
Duesseldorf airport is only 60 km away from us.

SURFACE - innovators in PLD technology
We started with the development and production of UHV - Pulsed Laser Deposition systems. In the past years we have built several systems for this technology and are now one of the leading suppliers world wide. Our target transfer system (TTS) is unique in the market and allows the use UHV technology without the limitations of this type of vacuum treatment. Our oxygen resistant heaters are available in various sizes and are recognized in a lot of research labs. They are known for an excellent temperature homogenity and a long live time.
Our Laser Star concept is focused on highly flexible research work and semi production of HTSC or ferroelectic films. This concept could be adapted successfully to other UHV related configuration, so it is today more an universal UHV-Star concept, combining different processes with acces to shared surface science tools.Page Top


参考资料:

可测试室温和77K下材料的载流子密度、薄层电导率、载流子迁移率等参数(2)可测试高达100G欧姆的材料(3)可实现变温(90K-500K)测量。 

测试了GaN膜在常温下的霍尔系数、载流子浓度、表面电阻率和迁移率

GaN基材料的P型有效掺杂浓度太低和良好的P型欧姆接触制备困难,它将降低PN结的注入比、降低发光效率、增加器件正向工作电压、使器件发热、性能变差,成为约束GaN基材料和器件发展技术瓶颈。
三、技术成熟程度
我们提出激光诱导下P型GaN有效掺杂和P型欧姆接触制备的方法,并获得表面处空穴浓度3.2×1018cm-3和P型比接触电阻为2.1×10-4Ωcm2的良好效果,已达国际水平,是目前国内所报道的最好结果。已申请了“激光诱导下氮化镓P型有效掺杂制备方法”(申请号:200310121093.5,公开号:CN1554576A)和“激光诱导下氮化镓P型欧姆接触的制备方法”(申请号:200310121092.0,公开号:CN1554575A)两项发明专利。该技术和传统的芯片制备工艺完全兼容,仅增加溅射和激光诱导两道工序。采用该技术后,GaN 蓝色(或白色)LED的性能将得到大大改善:如正向的工作电压将从目前国内的3.5V左右降低到3.2V,发光效率和发光功率都将得到提高。

MOCVD production capability overview

Aixtron 2600 G3 production platform

18,000 square foot facility

5,000 square foot, class 1000 cleanroom

Standard materials test and characterization capabilities

  • Full-wafer mapping from 50 mm to 150 mm
  • KLA-Tencor Surfscan 6220
  • Lehighton LEI1510RS resistivity
  • Accent RPM2000 PL
  • Bede QC200 X-ray
  • Accent HL5500PC hall
  • Tencor AlphaStep
  • Accent polaron ECV profiler
  • Nomarski microscopy
  • Full-wafer quick-lot device fabrication
  • Full electrical DC test
  • Photoluminescence Mapping  (Accent Opto RPM4000 PL Mapper)

  • Thickness Mapping (Filmetrics F50)

  • Lehighton Sheet Resistance Mapping (Lehighton RS 1500 Sheet Resistance Mapper)

  • Hg-probe CV measurement (Materials Development Corporation CSM/Win-4275-001)

  • Nomarski microscopy

  • Hall Measurement (MMR K2500-RTSP Room Temperature Hall Effect Measurement System)

Thomas swan产的MOCVD材料生长系统MBE 有英国VG Semicon, 法国Riber独立使用XRD、金相显微镜、原子力显微镜(AFM)、He-Cd激光器、Hall系统、示波器测试
材料及器件的结晶、表面形貌、发光PL、电学、LED参数等性能,光致发光(PL)、霍耳(Hall)及扫描电镜(SEM),X-射线双晶衍射仪、光荧光测试仪、CV测试仪、椭偏仪、He质谱分析仪、激光器测试系统、频谱仪、光波分析仪
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