石墨烯电子迁移率的测定.docx

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石墨烯电子迁移率的测定

1范围

本标准规定了石墨烯薄膜霍尔系数、电子浓度、电子迁移率、电阻率的测定方法。

本标准适用于石墨烯薄膜，其它二维导电薄膜的霍尔系数、电子浓度、电子迁移率、电阻率测定可参照执行。

2规范性引用文件

下列文件对于本标准的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本标准。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本标准。

GB/T8170-2008数值修约规则与极限数值的表示和判定

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1

电阻率resistivity

材料内平行于电流方向的电势梯度与电流密度之比，又称体电阻率，单位为(Ω·m)，常用单位为(Ω·cm)。

3.2

霍尔电场hallelectricfield

在石墨烯薄膜上同时加上互相垂直的电场和磁场时，试样中的电子在与外加电场和磁场都垂直的方向上偏转而建立的电场。

3.3

霍尔系数hallcoefficient

霍尔电场对电流密度和磁通密度之积的比，单位为（cm3/C）。

3.4

电子浓度electronconcentration

单位体积电子的数量，单位为（cm-3）。

3.5

电子迁移率electronmobility

霍尔系数的绝对值与电阻率之比，单位为（cm2/V·s）。

3.6

2

欧姆接触ohmiccontact

金属与石墨烯薄膜形成欧姆接触是指在接触处是一个纯电阻，该电阻越小越好，使得组件操作时，大部分的电压降在活动区而不在接触面。

4原理

4.1霍尔系数

当霍尔效应处于稳恒状态时，石墨烯薄膜中的电子在磁场作用下的洛伦兹力和在霍尔电场下的电场力达到平衡，霍尔系数与霍尔电压、样品厚度、电流强度以及磁感应强度的关系如下：

RH=VHdI

RH=

根108.............................................................................(1)

式中：

RH——霍尔系数，cm3/C；

VH——霍尔电压，V；

d——样品厚度，cm；

Is——电流强度，A；

B——磁感应强度，T。

4.2电子浓度

石墨烯薄膜的电子浓度与霍尔系数、样品厚度以及电子电量之间的关系为：

n=1..................................................................................(2)

RHe

式中：

n——电子浓度，cm-3；

RH——霍尔系数，cm3/C；

e——电子电量，C。

4.3电阻率

石墨烯薄膜电阻率ρ采用范德堡法进行测量，当样品为正方形时，电阻率ρ与样品厚度、两电极通电流时另外两电极间测得的电阻值存在如下关系：

ρ=4.5323dR.......................................................................................(3)

式中：

ρ——电阻率，Ω·cm；

d——样品厚度，cm；

R——两电极通电流，测另外两电极间电压后计算所得的电阻值，Ω。

3

4.4电子迁移率

石墨烯薄膜的电子迁移率μH与霍尔系数之间存在如下关系：

μH=...................................................................................(4)

式中：

μH——电子迁移率，cm2·V-1·s-1；

RH——霍尔系数，cm3/C；

ρ——电阻率，Ω·cm。

5试验设备与仪器

5.1游标卡尺

最小刻度0.01mm

5.2真空干燥箱

控制温度为室温~200℃,真空度＜133Pa。

5.3霍尔效应测定仪

霍尔效应测定仪应能满足以下条件：

5.3.1能够提供不低于1T的磁场，磁场不均匀性≤±1%；

5.3.2配备变温系统：低温区可以至80K，高温区不低于700K，温控精度优于0.1K；

5.3.3电子浓度测试范围：107cm-3~1020cm-3；电子迁移率测试范围：1cm2·V-1·s-1~2×109cm2·V-1·s-1；电阻率测试范围：10-6Ω·cm~107Ω·cm；

5.3.4设备软件具有欧姆接触测试功能，可自动测定霍尔系数、电子浓度、电阻率、电子迁移率等参

数。

6实验步骤

6.1样品预处理

6.1.1石墨烯生产单位提供石墨烯