(57)【要約】本発明は、概して、材料特性を測定する方法に関し、より具体的には、ホール効果電圧を測定する方法に関する。本発明の実施形態は、材料のホール効果電圧を測定するシステムおよび方法を含む。材料内のホール効果を測定するための方法およびシステムは、２つの試験状態の電圧を測定するステップを含み、各状態は、各状態の磁場に対し、材料にわたって印加された電流または材料にわたって測定された電圧の方向および配向を交互させる。ある実施形態によると、それぞれの状態における測定周波数は、異なる。
2019508681.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
材料のホール効果電圧を測定するための方法であって、前記方法は、
第１の周波数において第１の試験パラメータを交互させる第１の試験状態を提供するステップと、
第２の周波数において第２の試験パラメータを交互させる第２の試験状態を提供するステップと
を含み、
前記第１の試験パラメータは、試験励起、試験励起の場所、磁場の方向、および磁場の場所のうちの１つであり、前記第２の試験パラメータは、前記試験励起、前記試験励起の場所、前記磁場の方向、および前記磁場の場所のうちの別のものである、方法。
【請求項２】
前記材料を既知の一定電流を用いて励起するステップと、
信号を形成するために前記第１の試験状態および第２の試験状態の間、電圧を測定するステップと、
前記信号を復調するステップと、
前記信号を増幅するステップと
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記材料を既知の一定電圧を用いて励起し、生成された電流を測定するステップと、
信号を形成するために前記第１の試験状態および第２の試験状態の間、電圧を測定するステップと、
前記信号を復調するステップと、
前記信号を増幅するステップと
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記材料は、低いキャリア移動度を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第１の周波数および前記第２の周波数は、等しい、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第１の周波数および前記第２の周波数は、等しくない、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
材料のホール効果電圧を測定するためのシステムであって、前記システムは、
磁石と、
試験励起機構と、
電圧測定デバイスと、
制御装置であって、前記制御装置は、
第１の周波数において第１の試験パラメータを交互させる第１の試験状態を提供することと、
第２の周波数において第２の試験パラメータを交互させる第２の試験状態を提供することと
を行うように構成される、制御装置と
を備え、
前記第１の試験パラメータは、試験励起、試験励起の場所、磁場の方向、および磁場の場所のうちの１つであり、前記第２の試験パラメータは、前記試験励起、前記試験励起の場所、前記磁場の方向、および前記磁場の場所のうちの別のものである、システム。
【請求項８】
前記試験励起機構は、電流源を備える、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記試験励起機構は、電圧源と、電流測定デバイスとを備える、請求項７に記載のシステム。
【請求項１０】
復調器と、増幅器とをさらに備える、請求項７に記載のシステム。
【請求項１１】
前記材料は、低いキャリア移動度を有する、請求項７に記載のシステム。
【請求項１２】
前記第１の周波数および前記第２の周波数は、等しい、請求項７に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１の周波数および前記第２の周波数は、等しくない、請求項７に記載の方法。
【請求項１４】
材料片は、略正方形形状を有する、請求項７に記載のシステム。
【請求項１５】
前記材料の形状は、正方形、ホールバー形状、または正十字形のうちの１つである、請求項７に記載のシステム。
【請求項１６】
材料のホール効果電圧を測定する方法であって、前記方法は、
ａ）材料片の対向点の第１の対にわたって励起を提供し、同時に、前記材料片の対向点の第２の対にわたって結果として生じる試験電圧を測定するステップと、
ｂ）前記材料片の対向点の第２の対にわたって励起を提供し、同時に、前記材料片の対向点の第１の対にわたって結果として生じる試験電圧を測定するステップと、
ｃ）前記材料片の対向点の第１の対にわたって、ステップ（ａ）の前記励起と反対方向に励起を提供し、同時に、前記材料片の対向点の第２の対にわたって結果として生じる試験電圧を測定するステップと、
ｄ）前記材料片の対向点の第２の対にわたって、ステップ（ｂ）の前記励起と反対方向に励起を提供し、同時に、前記材料片の対向点の第１の対にわたって結果として生じる試験電圧を測定するステップと
を含み、
ステップ（ａ）および（ｂ）を繰り返す間の周波数は、ステップ（ｃ）および（ｄ）を繰り返す間の周波数とは異なる、方法。
【請求項１７】
各励起は、電流源を使用して直接印加される電流を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
各励起は、電圧源を使用して電圧を印加することにより生成される電流を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
ステップ（ａ）〜（ｄ）において測定される複数の試験電圧から信号を形成するステップと、
前記信号を復調するステップと、
前記信号を増幅するステップと
をさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記材料は、低いキャリア移動度を有する、請求項１６に記載の方法
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
本願は、２０１６年１月１５日に出願され、ＦＡＳＴ  ＨＡＬＬ  ＥＦＦＥＣＴ  ＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴ  ＳＹＳＴＥＭと題された米国特許出願第１４／９９６，７１９号に対する優先権を主張し、その利益を主張するものであり、この全開示は、参照により本明細書中に援用される。
【０００２】
（技術分野）
本発明は、概して、材料特性を測定する方法に関し、より具体的には、ホール効果電圧を測定する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
磁場が有限サイズの半導性材料内に流れる電流に対して垂直に印加されるとき、電流と磁場との組み合わせは、半導性材料内のキャリア上にローレンツ力を生成する。この力は、磁場線の周囲の円形経路の中にキャリアを押し込む。キャリアは、材料の中に拘束され、これにより磁場は、電流と磁場との双方に対し垂直となる。この磁場により生成される電圧は、ホール効果電圧またはホール電圧と呼ばれる。
【０００４】
定常状態条件は、横電場からの力がローレンツ力を厳密に解消するときに、到達する。したがって、この状態において、ホール電圧は、磁場および電流に比例し、材料の厚みに反比例して依存する。この比例定数はホール係数と呼ばれる。ホール係数と材料の抵抗率は、材料特性のキャリア濃度とキャリア移動度に関係し得る。ホール電圧の符号は、キャリアの電荷の符号と同一であり、したがって、キャリア型（正孔または電子）の決定を提供する。
【０００５】
理想的な幾何学において、測定されるホール電圧は、印加される磁場がゼロのとき、ゼロである。しかしながら、実践的な実験において測定される電圧は、典型的には、ゼロではなく、誤整合電圧と熱電圧を含む。誤整合電圧は、材料の抵抗率、電流、および幾何学に依存する係数に比例する。この係数は、抵抗率を、２つのホール電圧プローブの間の抵抗に変換する。熱電圧は、２つの異なる材料間の接触から生じ、熱勾配の存在に依存する。
【０００６】
ホール効果を測定するための１つの方法は、材料片への直流磁場の印加を含む。この方法において、熱電圧の効果は、材料にわたって印加される電圧の方向を変化させ、かつ双方の電流方向の電圧を測定することにより、除去され得る。熱電圧は、電流に依存しない。したがって、熱電圧の効果は、２つの異なる電流において測定される電圧を差し引きすることにより、除去される。
【０００７】
同様に、直流磁場を使用して、誤整合電圧が、磁場の方向を変化し、かつ双方の場方向の電圧を測定することにより、除去され得る。誤整合電圧は、磁場に依存しない。したがって、誤整合電圧の効果は、２つの異なる電流において測定される電圧を差し引きすることにより、除去される。
【０００８】
直流場法は、高移動度材料に有利であり得る一方で、低移動度材料、すなわち、１ｃｍ２／Ｖｓ未満の移動度を伴う材料のための正確な測定を、多くの場合、提供することができない。低移動度材料において、それぞれの場方向での電圧測定間の差異は、誤整合電圧と比較し遥かに小さくなる。結果として、システム内の雑音は、測定を支配し、かつ不正確な結果を生成する。したがって、低移動度材料上での直流場法を用いたホール測定は、多くの場合、矛盾する値とキャリア符号を与える。
【０００９】
低移動度材料の測定の正確度を向上させるため、時として、より大きな磁場が使用され、その反転は、磁石の構成に応じて、長時間（例えば、数分）かかる可能性がある。直流場を反転させる時間の間、測定される材料の温度は、変化し得る。温度における変化は、測定間の誤整合電圧における変化を引き起こし、２つの測定が差し引きされるとき、不正確な結果を導くであろう。
【００１０】
ホール効果を測定する別の方法は、交流磁場を使用する。誤整合電圧は、磁場に依存していないため、それは、ホール電圧が交流電圧である間、直流電圧として存在するであろう。本方法において、直流電流が依然として使用され、これは、熱電圧も直流電圧として存在することを意味する。ロックイン増幅器が、次いで、ホール電圧から、交流電圧および直流電圧を、ひいては誤整合電圧を、容易に分離するために使用され得る。
【００１１】
交流場法は、直流場法固有の問題のいくつかを解決する。特に、周波数空間内の電圧の分離は、より小さい電圧差を、例えば、低移動度キャリアを測定するとき、遥かにより容易に検出できるようにする。
【００１２】
しかしながら、交流場法には、実使用において遅くなり得るという大きな欠点がある。速度は、磁場の周波数によって決定される。実際の磁石と電力の供給のために、最高動作周波数は、磁石のインダクタンスによって決定されるように、約０．１Ｈｚ（１０秒／サイクル）になり得る。典型的には、ロックイン増幅器は、最良の出力信号の平均化のために、６サイクル入力を使用する。したがって、単一のホール電圧測定には６０秒かかる場合がある。さらに、電流反転の追加は、それは熱電圧と位相誤差を除去するために必要であるが、合計で６回の測定が必要であり、それによりホール電圧の測定時間が６分となる。実際は、このホール測定は、平均値と統計的変動の予測を得るために、１０〜１００回繰り返される。要するに、単一の材料の完全測定には、本方法下で最高１０時間かかり得る。
【００１３】
材料のキャリア濃度が高い場合、ホール電圧は小さくなるであろう。そのような材料を測定するためには、電流を増加し、ホール電圧を増加するであろう。しかしながら、電流が増加されるとき、自己発熱により材料の温度変化が引き起こされ得る。具体的には、サンプルと接点は、ある抵抗を有し、電力は、サンプル内で放散されるであろう。この電力は、サンプルを加熱するであろう。誤整合電圧は、材料の抵抗率に比例する。サンプルの温度が変化するにつれ、抵抗も変化し、よって、誤整合電圧も変化する。事実上、直流信号であった期間は、時間依存信号になり、ホール電圧に加えて、ロックイン増幅器により検出されるであろう。ゆっくり変化する誤整合電圧は、測定において雑音のように見えるであろう。追加雑音は、材料抵抗に起因するジョンソン−ナイキスト雑音からのものである。測定に対するこれら２つの雑音の寄与は、小さいホール電圧を測定するための直流場ホール方法の能力を限定する。
【００１４】
したがって、特に、低移動度材料のホール電圧をより迅速かつ正確に測定するためのシステムおよび方法が必要とされる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の実施形態は、材料のホール効果電圧を測定するシステムおよび方法を含む。１つの実施形態において、第１の試験状態が提供され、第１の周波数において第１の試験パラメータを交互させる。第２の試験状態が提供され、第２の周波数において第２の試験パラメータを交互させる。第１のパラメータは、試験励起、試験励起の場所、磁場の方向、および磁場の場所のうちの１つであり、第２の試験パラメータは、試験励起、試験励起の場所、磁場の方向、および磁場の場所のうちの別の１つである。
【００１６】
別の実施形態によると、材料のホール効果電圧を測定するためのシステムは、磁石と、試験励起機構と、電圧測定デバイスと、第１の周波数において第１の試験パラメータを交互させる第１の試験状態と、第２の周波数において第２の試験パラメータを交互させる第２の試験状態とを提供するように構成される、制御装置とを備える。第１の試験パラメータは、試験励起、試験励起の場所、磁場の方向、および磁場の場所のうちの１つであって、第２の試験パラメータは、試験励起、試験励起の場所、磁場の方向、または磁場の場所のうちの別の１つである。
【００１７】
従来的で、伝統的で、そして提案されたアプローチのさらなる限定および欠点は、そのようなアプローチと、図面を参照して本願の残り部分で述べられているような本発明の実施形態との比較を通じて、当業者にとって明白となるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
本発明のこれらおよび他の特徴および利点は、以下の説明および添付図面に関してより深く理解されるであろう。
【００１９】
【図１ａ】図１ａ〜１ｈは、本発明による、ホール測定デバイスのいくつかの異なる状態の例示的概略図である。
【図１ｂ】図１ａ〜１ｈは、本発明による、ホール測定デバイスのいくつかの異なる状態の例示的概略図である。
【図１ｃ】図１ａ〜１ｈは、本発明による、ホール測定デバイスのいくつかの異なる状態の例示的概略図である。
【図１ｄ】図１ａ〜１ｈは、本発明による、ホール測定デバイスのいくつかの異なる状態の例示的概略図である。
【図１ｅ】図１ａ〜１ｈは、本発明による、ホール測定デバイスのいくつかの異なる状態の例示的概略図である。
【図１ｆ】図１ａ〜１ｈは、本発明による、ホール測定デバイスのいくつかの異なる状態の例示的概略図である。
【図１ｇ】図１ａ〜１ｈは、本発明による、ホール測定デバイスのいくつかの異なる状態の例示的概略図である。
【図１ｈ】図１ａ〜１ｈは、本発明による、ホール測定デバイスのいくつかの異なる状態の例示的概略図である。
【００２０】
【図２】図２は、高移動度材料のための、第１の例示的ホール測定デバイスからの信号出力である。
【００２１】
【図３】図３は、低移動度材料のための、第１の例示的ホール測定デバイスからの信号出力である。
【００２２】
【図４】図４は、本発明による、低移動度材料のための、第２の例示的ホール測定デバイスからの信号出力である。
【００２３】
【図５】図５は、本発明による、例示的調整後の図４の信号出力である。
【００２４】
【図６】図６は、本発明による、ホール電圧を測定する方法を図示する、フローチャートである。
【００２５】
【図７】図７は、本発明による、ホール電圧を測定するための例示的システムである。
【００２６】
【図８ａ】図８ａおよび８ｂは、本発明による、ホール感知デバイスによって測定された例示的材料形状の概略図である。
【図８ｂ】図８ａおよび８ｂは、本発明による、ホール感知デバイスによって測定された例示的材料形状の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１ａ〜１ｈは、材料１００の例示的片内のホール電圧を検出するための２つの例示的システムのいくつかの状態を図示する。概して、与えられた材料片のために、電流Ｉおよび磁場Ｂが、材料に対し垂直に印加されるとき、理論上、材料のホール係数ＲＨに依存する結果として生じるホール電圧ＶＨは、電流および磁場によって形成される平面に対し垂直に測定され得る。基準軸１０１および１０３は、２つの異なる構成におけるこれらの要素間の物理的関係を図示する。しかしながら、上記の通り、実際に測定された電圧Ｖｍは、他の電圧成分を含む。具体的には、誤整合電圧Ｖｍａは、材料片の抵抗率ρおよび幾何学係数αに基づいて現れ得る
【化１】
2019508681.tif 000003
。さらに、測定は、熱電圧Ｖｔｅを含み得る。それらの成分が追加される状態で、測定される電圧は、以下に等しいはずである。
【数１】
2019508681.tif 000004
【００２８】
図１ａ〜１ｄの例示的材料片１００は、略正方形形状であるが、本明細書中でより完全に説明される通り、他の形状も使用され得る。材料片１００は、４つの接点１０２、１０４、１０６、および１０８を含み、材料１００の外縁の周囲に配列され、概して対向接点の２つの対を形成する。材料片は、ホール測定が所望される任意の材料であり得る。概して、材料の厚みは、任意のサイズであり得るが、実践的な測定のためには、厚みは２ｍｍ未満であるべきである。厚みが少ないと、ホール電圧は上昇するが、誤整合電圧もまた上昇するであろう。電流の流れＩ  １１０は、矢印によって示される方向に流れる。磁場Ｂ（軸１０１内以外図示せず）は、材料片１００の表面積に対し垂直に指向される。
【００２９】
図１ａは、第１の測定状態１２０を図示する。状態１２０において、電流Ｉ  １１０は、接点１０６から、材料１００を通して、接点１０２に流れる。第１の電圧Ｖｍ１  １３０は、接点１０４および１０８にわたって測定され、以下のように定義され得る。
【数２】
2019508681.tif 000005
【００３０】
図１ｂは、第２の測定状態１２２を図示する。状態１２２において、同一の電流Ｉ  １１０は、ここでは、接点１０８から、材料１００を通して、接点１０４に流れ、第２電圧Ｖｍ２  １３２は、接点１０６および１０２にわたって測定される。Ｏｎｓａｇａｒ関係およびＨ．Ｈ．Ｓａｍｐｌｅ（Ｓａｍｐｌｅ，Ｈ．Ｈ．ａｎｄ  Ｂｒｕｎｏ，Ｗ．Ｊ．ａｎｄ  Ｓａｍｐｌｅ，Ｓ．Ｂ．ａｎｄ  Ｓｉｃｈｅｌ，Ｅ．Ｋ．，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ，６１，１０７９−１０８４（１９８７））は、磁場Ｂに対する電流の流れＩ  １１０の位置における変化が、Ｖｍ１のための上記の等式を、Ｂが−Ｂに取って代わられるように変化させるということを我々に教示する。また、電圧導線は、異なる接点上にあり、熱電圧Ｖｔｅ２は、異なり得、以下の等式を導き得る。
【数３】
2019508681.tif 000006
【００３１】
図１ｃは、第３の測定状態１２４を図示する。状態１２４において、同一の電流Ｉ  １１０は、ここでは、接点１０２から、材料１００を通して、接点１０６に流れ、第３電圧Ｖｍ３  １３４は、接点１０４および１０８にわたって測定される。第１の状態１２０に対する電流の流れＩ  １１０の反転は、電流Ｉ  １１０を、等式において負にさせるであろうが、同一の接点が使用されるため、熱電圧は、状態１２０にあるように、同一のＶｔｅ１となるであろう。以下の等式は、状態１２４を定義する。
【数４】
2019508681.tif 000007
【００３２】
図１ｄは、第４の測定状態１２６を図示する。状態１２６において、同一の電流Ｉ  １１０は、ここでは、接点１０４から、材料１００を通して、接点１０８に流れ、第４電圧Ｖｍ４  １３６は、接点１０２および１０６にわたって測定される。第２の状態１２２に対する電流の流れＩ  １１０の反転は、電流Ｉ  １１０を、等式において負にさせるであろうが、同一の接点が使用されるため、熱電圧は、その状態にあるように、同一のＶｔｅ２となるであろう。また、状態１２２のように、磁場Ｂに対する電流の流れＩ  １１０の位置における変化は、等式を、Ｂが−Ｂに取って代わられるように変化させる。
【数５】
2019508681.tif 000008
【００３３】
材料片１００のためのホール電圧は、上記の等式からＶｍ１−Ｖｍ２−Ｖｍ３＋Ｖｍ４として計算され得、これにより、等式から誤整合および熱電圧が除去されるであろう。状態１２０、１２２、１２４、および１２６の間の切替は、電圧測定および電流の流れに対する接点切替のみを必要とする。場反転は不要であるため、大型磁石の極性反転のための時間は、もはや課題ではない。
【００３４】
上記の等式に見られるように、材料のホール係数および関連特性が、電流の印加および結果として生じる電圧の測定によって、または、電流を生成する電圧の印加および結果として生じる電圧の測定によって、決定され得ることは、当業者によって理解されるであろう。図１ｅ〜１ｈは、この代替実施形態を図示し、具体的電圧１４２ａ，１４４ａ，１４６ａおよびｌ４８ａが印加され、結果として生じる電流１４２ｂ、１４４ｂ、１４６ｂおよび１４８ｂが生成され、そして結果として生じる電圧Ｖｍ１４０が測定される。材料に対していずれの励起方法（例えば、電流または電圧）が使用されようと、本方法またはシステムを用いて電流を測定した後、ホール効果特性を判定するために、上記の等式を使用することは依然として可能である。しかしながら、いずれの実施形態においても、電流Ｉ  １１０の代わりに磁場Ｂを交互させることが、類似結果を伴う状態を形成するために使用され得る。
【００３５】
しかしながら、上記の方法は、依然として、高い誤整合電圧を伴う低移動度キャリア内のホール電圧を正確に測定することができない。上記の状態が順番に繰り返されるとき、ホール電圧および誤整合電圧は、同一の周波数において変化するであろうが、２つの間の位相偏移を伴う。通常のまたは高いキャリア移動度を有する材料において、誤整合電圧は、ホール電圧と同一オーダーの規模であるかまたはより小さい。したがって、相空間における分離は、誤整合電力からの寄与のないホール電圧の測定を得るために十分である。高移動度キャリアに対する例示的電圧測定は、図２に図示される。誤整合電力は、点２００および信号の類似の点における振幅の変化として見られ、ホール電圧から容易に分離可能であるが、このことは、２０２および類似の点における振幅の大きな変化として見られる。
【００３６】
しかしながら、低移動度材料のために、誤整合電圧は、ホール電圧と比較し、典型的に非常に大きい。したがって、不可能ではないとしても、ホール電圧を誤整合電圧から分離することは（両者は同一の周波数において発生するため）困難であり得る。例示的な電圧測定は、図３に図示される。見られるように、誤整合電圧は、点３００および信号の類似の点における振幅の変化として見られ、方形波を支配する。対照的に、ホール電圧は、３０２および類似の点における振幅内の微細な変化であり、測定することは非常に困難であるであろう。
【００３７】
低移動度キャリアのためのホール電圧の測定における上記の問題は、誤整合電圧とホール電圧との間の周波数を変える上記の方法の修正によって、克服され得る。手短に図１ａ〜１ｄに戻ると、誤整合電圧は、磁場に依存しておらず、状態１２０および１２２の間ならびに状態１２４および１２６の間で一定状態で存在する一方、同時に、ホール電圧は、磁場に依存しておらず、符号を反転させる。したがって、非連続的な切替技術は、誤整合電圧とホール電圧との間に異なる周波数を形成する。例えば、単純にそれぞれの状態を順番通りに単一サイクルにわたって測定するのではなく、状態１２２および１２４の間を特定のサイクル数にわたって切り替え、次いで、状態１２４および１２６の間を特定のサイクル数にわたって切り替えることにより、ホール電圧および誤整合電圧は、異なる周波数に設定される。
【００３８】
図４は、上記の通り、例示的切替パターンを使用する、例示的電圧測定技術を図示する。この誤整合電圧４００は、依然として、ホール電圧４０２と比較して非常に大きい一方、ホール電圧４０２は、ここでは、誤整合電圧４００と異なる周波数においてトグルされる。次いで、復調（例えば、二重復調）が、ホール電圧から分離される信号上に使用され、その後、増幅器（例えば、交流結合増幅器）がホール電圧を測定する。図４からの復調されたホール電圧の増幅バージョンは、図５に図示される。見られるように、ホール電圧は、ここでは、容易に測定可能である。
【００３９】
さらに詳細に以下で説明されるように、異なる測定が、図４の電圧測定からより容易に判別可能である。例えば、第１の状態と第２の状態との間の切替は、期間４１０（または以下に使用されるようにｎサイクル）にわたって発生し、第３の状態と第４の状態との間の切替は、期間４１２（または以下に使用されるようにｍサイクル）にわたって発生する。測定４１４の全体の期間は、測定のためのサイクル総数（以下に使用されている通りｐ）に対応する。
【００４０】
材料のホール電圧を測定するための上記に記載された方法は、図６のフローチャート内により明確に図示される。ステップ６１０において、電圧は、第１の状態において測定され、電流は、材料にわたって第１の方向に流れ、電圧信号は、垂直方向にわたって測定される。ステップ６２０において、電圧は、電流が以前の方向に対して垂直に流れるように切り替えられる第２の状態において測定され、電圧信号は、新たな電流方向に対して垂直に測定される。ステップ６１０および６２０は、ステップ６４０に移行する前のステップ６３０においてｎ回繰り返される。繰り返し回数ｎは、例えば、１〜１０回の範囲内の任意の回数であり得るが、より大きな数であり得る。
【００４１】
ステップ６４０において、電流は、ステップ６１０におけるものと反対方向に流れるように切り替えられ、電圧信号は、再び、垂直方向にわたって、この第３の状態において測定される。ステップ６５０において、電圧は、第４の状態において測定され、該状態において、電流は、以前の方向に対し垂直に、そしてステップ６２０の電流の反対方向に流れるように切り替えられる。電圧信号は、新たな電流方向に対して垂直に測定される。ステップ６４０および６５０は、ステップ６６０においてｍ回繰り返される。繰り返し回数ｍは、例えば、１〜１０回の範囲内の任意の回数であり得るが、より大きな数であり得る。方法は、次いで、ステップ６１０に戻り、ステップ６１０〜６６０は、上述のように、所望された量の測定が完了するまで、ステップ６７０においてｐ回繰り返される。繰り返し回数ｐは、例えば１〜１０回の範囲内の任意の回数であり得るが、より大きな数であり得る。
【００４２】
図１ａ〜１ｈを手短に参照すると、例示的対応状態が、図示される。例えば、上記のパターンを使用すると、測定は、状態１２０および１２２の間でｎ回トグルし得、そして、状態１２４および１２６の間でｍ回トグルし得、手順を合計ｐ回繰り返し得る。
【００４３】
上記の技術を使用すると、多数のトグル実施パターンが可能である。例えば、ｎおよびｍは、等しく、２つの周波数をもたらし得る（各１つがホール電圧および誤整合電圧に対するものである）か、または、ｎおよびｍは、異なり、２つの周波数を形成し得る（各々が２つの電圧に対するものである）。ｎおよびｍのいくつかの場合では、測定の総計ｐは、サイクルｎおよびｍの個々のセットのそれぞれと比べて遥かに大くはなり得ず、他の場合では、ｐは、ｎおよびｍと比べて遥かに大きくなり得、大規模な測定サンプルを提供し得る。全ての場合において、各状態の個々の測定は、連続的な電圧測定信号を形成するために、追々記録される。
【００４４】
図６に戻ると、ステップ６１０〜６６０での所望の量の測定がステップ６７０において完了すると、方法は、ステップ６８０に移行し、そこでは、測定される信号は、例えば、二重復調によって復調される。最後に、ステップ６９０において、復調される信号は、例えば、交流結合増幅によって増幅される。
【００４５】
本発明による、ホール電圧と誤整合電圧との間の周波数分離を達成するための方法が多数存在することを理解されたい。例えば、図６は、ｎ回繰り返されているステップ６１０および６２０を図示する。繰り返されるサイクルの数ｎは、実践的復調をもたらすための任意の十分な数をとり得る。さらに、図６が、異なる回数（すなわち、ｍ回）繰り返されるステップ６４０および６５０を図示しているが、ステップ６４０および６５０の間で繰り返されるサイクル数は、ステップ６１０および６２０の間で繰り返されるサイクル数、すなわち、ｎ回と同一であり得ると考えられる。
【００４６】
図７は、材料片７０２のホール電圧を測定するために使用される、本発明による、例示的システム７００の概略図を図示する。システム７００は、磁場を形成するための磁石７０４を含む。磁石７０４は、任意の適切な磁石であり得るが、高濃度ドープ材料内の測定可能なホール電圧を誘発するために、より強力な磁石が必要になり得ることを理解する。例えば、１Ｔまたはそれ以上の場を生成することが可能な磁石と、いくつかの用途のために、９Ｔまたはそれ以上の超電導磁石とが必要であり得る。図７の例示的システムに関して、ｎサイクル回数のための典型的な値は、０．５〜５秒であり得、ｍサイクル回数のための典型的な値もまた、０．５〜５秒であり得るが、他の値も考えられ、例えば、ｎおよびｍサイクル回数のそれぞれに対して０．５秒、ｍおよびｎサイクル回数のそれぞれに対して１秒、ｎおよびｍサイクル回数のそれぞれに対して５秒、ｎサイクル回数に対して０．５秒およびｍサイクル回数に対して１．５秒等であり得るが、これらに限定されない。これらのサイクル回数のためのｎおよびｍの値は、１００のオーダーであり得る。これは、１０秒またはそれ未満における高品質のホール電圧測定を提供する。この時間は、交流場法を使用した類似品質のホール測定が要するであろう約１時間と比較されるべきである。これは、サンプルの測定時間における３００倍超の改良である。
【００４７】
例示的システム７００はまた、電流源７０６を含むが、これは任意の直流電流源であり得る［例えば、Ｋｅｉｔｈｌｅｙ６２２０］。システム７００はさらに、電圧信号を測定することが可能な電圧測定デバイス７０８［ＳｉｇｎａｌＲｅｃｏｖｅｒｙ７２３０ロックイン増幅器等］を含む。
【００４８】
電流源７０６および電圧測定デバイス７０８は、コントローラ７１０に接続される。コントローラ７１０は、例えば、スイッチのアレイであり得る。コントローラ７１０は、材料７０２の４つの接点７２０、７２２、７２４、および７２６に順に接続される。コントローラ７１０は、任意の所与の時間において、接点７２０、７２２、７２４、および７２６のうちのどれが電流源７０６に接続され、どれが電圧測定デバイス７０８に接続されるかを変更し、上記の方法の状態の急速な切替を促進するように構成される。
【００４９】
本明細書に説明された方法は、測定のための励起として電流源を使用する。別の実施形態は、電圧源によって生成される電流を測定するために、電圧源（ＫｅｙｓｉｇｈｔＢ２９８７Ａ電位計等）と電流計（Ｋｅｉｔｈｌｅｙ６４８５等）とを使用し得る。これらの器具は、図７における電流源７０６に取って代わるであろう。
【００５０】
図８ａおよび８ｂは、本発明によって測定される材料片の２つの例示的形状を描写する。当業者は、材料の幾何学および測定中の接点の場所が測定結果において重要な効果を有することを前提として、他の形状も可能であることを理解するであろう。図８ａは、例えば、接点８０２、８０４、８０６、および８０８を有する、ホールバー形状における材料片を描写する。図８ｂは、接点８１２、８１４、８１６、および８１８の接点を有する、正十字形における材料片を描写する。
【００５１】
本発明は、その実施形態の説明により例証され、そして実施形態が、相当に詳細に説明されたが、添付される請求項の範囲をそのような詳細に制限すること、または、何らかの太陽で限定することは、本出願人の意図ではない。付加的利点および修正が、容易に当業者に想起されるであろう。さらに、１つの実施形態を用いて説明された要素は、他の実施形態を用いた使用に容易に適合され得る。したがって、本発明は、そのより広義の側面において、具体的な詳細、代表的な装置、および図示および説明される例証的実施例に限定されない。したがって、一般的な発明概念の精神または範囲から逸脱することなく、そのような詳細からの逸脱が成され得る。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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【図１ｄ】
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【図１ｅ】
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【図１ｆ】
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【図１ｇ】
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【図１ｈ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【国際調査報告】
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