HCS L36 : Système de caractérisation de l'effet Hall
Le LINSEIS HCS L36 est un système modulaire de caractérisation par effet Hall permettant de déterminer avec précision les propriétés de transport électrique des semi-conducteurs, des couches minces et des matériaux fonctionnels. Il mesure simultanément la concentration en porteurs de charge, la mobilité de Hall, le coefficient de Hall et la résistivité sur une large plage de températures, sous vide ou dans des atmosphères contrôlées.
Avec trois configurations système, des porte-échantillons interchangeables et, en option, modules Seebeck, Hall-Bar et d’éclairage, le HCS L36 peut être adapté sur mesure aux exigences de la recherche, du développement et du contrôle qualité industriel.
Caractéristiques uniques
Mise à niveau électronique
Le système électronique HCS L36 révisé offre une plus grande précision de mesure, une stabilité de signal améliorée et une acquisition des données plus rapide. Une architecture matérielle optimisée, associée à une électronique de commande intelligente, garantit des mesures fiables par effet Hall sur toute la plage de température.
Parmi les avantages de ce nouveau système électronique, on peut citer :
- Une plus grande stabilité du signal
Garantit des mesures fiables de la tension de Hall, même avec des échantillons à faible mobilité ou à haute résistance. - Précision de mesure améliorée
L’électronique optimisée réduit le bruit et augmente la précision lors de la détermination des propriétés de transport électrique. - Acquisition de données plus rapide
Temps de mesure réduits grâce à un contrôle et un traitement du signal optimisés. - Excellente reproductibilité
Le système électronique hautement stable garantit des résultats cohérents lors de mesures répétées et en fonctionnement à long terme.
Nouvelles fonctionnalités matérielles
- Technologie magnétique Halbach
Elle génère un champ magnétique extrêmement homogène, doté d’une stabilité améliorée, et permet ainsi d’effectuer des mesures précises et reproductibles par effet Hall sur l’ensemble de la zone d’échantillonnage. - Concept modulaire de porte-échantillons «
» : des porte-échantillons interchangeables de type « plug-and-play » permettent d’effectuer des mesures de Van der Pauw, de Hall-Bar, de Seebeck et d’éclairage, tout en réduisant au minimum le temps de préparation. - Détection intégrée des porte-échantillons EPROM
Les porte-échantillons intelligents sont détectés automatiquement et les paramètres de mesure correspondants sont directement chargés dans le logiciel, ce qui réduit la charge de travail liée à l’utilisation et évite les erreurs de configuration. - Chambre à large plage de températures
Cette chambre de mesure étanche aux gaz permet d’effectuer des mesures par effet Hall à des températures allant des températures cryogéniques jusqu’à 600 °C, sous vide ou dans des atmosphères gazeuses contrôlées. - Architecture système évolutive
Le concept matériel modulaire permet de passer facilement de la configuration « Basic » à la configuration « Advanced » ou « Ultimate », y compris les mesures AC-Hall, l’intégration d’un amplificateur à verrouillage de phase et des modules de caractérisation supplémentaires.
Améliorations de la conception
Le HCS L36 remanié allie une disposition compacte des commandes à une accessibilité améliorée et à une utilisation ergonomique. La nouvelle conception du boîtier, l’écran tactile intuitif et l’architecture modulaire simplifient l’utilisation quotidienne tout en offrant une flexibilité maximale pour une multitude de tâches de caractérisation dans le domaine de l’effet Hall.
Reconnaissance intelligente des porte-échantillons
Le HCS L36 reconnaît automatiquement le porte-échantillon utilisé grâce à la technologie EPROM intégrée. Les paramètres de mesure sont chargés automatiquement, ce qui réduit le temps de mise en service et minimise le risque de configurations erronées.
Système modulaire de porte-échantillons
Le concept modulaire « plug-and-play » prend en charge une grande variété de porte-échantillons pour les mesures de Van der Pauw, de Hall, de Seebeck et d’éclairage. Les porte-échantillons peuvent être remplacés en quelques secondes sans nécessiter de nouvel étalonnage, ce qui permet d’adapter rapidement le système à différentes applications.
Améliorations du logiciel
Le logiciel LiEAP réunit la commande des mesures, l’automatisation et l’analyse avancée des données au sein d’une seule et même plateforme. Des procédures de mesure automatisées, une gestion intelligente des paramètres et un système complet de rapports améliorent l’efficacité tout en garantissant une reproductibilité maximale.
Architecture système évolutive
Grâce à sa conception modulaire, le HCS L36 s’adapte à vos besoins. Le système peut passer de la configuration « Basic » à la configuration « Advanced » ou « Ultimate » et être complété par des modules optionnels tels que les mesures AC-Hall, l’intégration d’un amplificateur à verrouillage, les mesures Seebeck ou des systèmes d’éclairage.
Points forts
Porte-échantillons modulaires
Supports interchangeables pour les mesures de Van der Pauw, de Hall-Bar, de Seebeck et d'éclairage.
Large gamme de températures: mesures possibles de
basses températures (LN2) jusqu'à 600°C.
Halbach Magnet Technology
Champ magnétique extrêmement homogène pour une précision et une reproductibilité maximales lors des mesures par effet Hall.
Plateforme logicielle LiEAP
Commande de mesure intégrée, automatisation et analyse avancée des données.
Intégration « Plug & Play »
La fonction intelligente de détection des EPROM identifie automatiquement les porte-échantillons installés et charge la configuration de mesure appropriée.
Caractéristiques principales
Large plage de températures
de -196 °C à +600 °C
Caractérisation précise de l’effet Hall – des températures cryogéniques à l’analyse des semi-conducteurs à haute température.
Champ magnétique
Aimant Halbach d’une intensité magnétique pouvant atteindre 0,5 tesla
Champ magnétique extrêmement homogène garantissant une précision de mesure et une reproductibilité maximales lors des mesures par effet Hall.
Paramètres électriques
4 paramètres en une seule mesure
Détermination simultanée du coefficient de Hall, de la concentration en porteurs de charge, de la mobilité de Hall et de la résistivité.
Plate-forme intégrée LINSEIS
Le logiciel intégré LINSEIS offre une solution complète qui combine matériel et logiciel pour une sécurité et une précision maximales des processus. La plate-forme unifiée permet une intégration transparente des composants et des équipements de partenaires externes, pour un système global particulièrement robuste et fiable.
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Spécifications
Paramètres mesurés : coefficient de Hall, mobilité de Hall, concentration en porteurs de charge et résistivité
Plage de température : de -196 °C à +600 °C
Champ magnétique : Aimant de Halbach homogène pouvant atteindre 0,5 T
Découvrez le puissant HCS L36, conçu pour offrir une précision et une flexibilité maximales dans la caractérisation de l’effet Hall :
- Méthodes de mesure : Hall CC, Hall CA (en option), Van der Pauw, barre de Hall
- Porte-échantillons : porte-échantillons standard, de type Hall-Bar, de type Seebeck, éclairés et sur mesure
- Dimensions de l’échantillon : jusqu’à 12,5 × 12,5 mm² avec des porte-échantillons « plug-and-play »
- Atmosphères : vide ainsi qu’atmosphères contrôlées de gaz inertes, oxydants ou réducteurs
- Système évolutif : évolutif de la version « Basic » à la version « Ultimate » en passant par la version « Advanced », avec des modules Seebeck, AC-Hall et d’éclairage en option
Méthode
Caractérisation de l'effet Hall
La caractérisation par effet Hall est l’une des méthodes les plus performantes pour déterminer les propriétés de transport électrique des matériaux conducteurs et semi-conducteurs. En appliquant un champ magnétique tout en faisant passer un courant défini à travers l’échantillon, il est possible de déterminer avec précision des paramètres électriques importants dans des conditions de température et d’environnement contrôlées.
Contrairement aux mesures qui se contentent de déterminer la résistance électrique, l’effet Hall fournit des informations directes sur la nature, la concentration et la mobilité des porteurs de charge. Cela rend cette méthode indispensable à la recherche sur les semi-conducteurs, au développement des matériaux et au contrôle qualité.
Le HCS L36 combine une génération précise de champs magnétiques, un contrôle précis du courant et une mesure avancée de la tension au sein d’une seule et même plateforme. Les mesures peuvent être effectuées à des températures allant des températures cryogéniques jusqu’à 600 °C, sous vide ou dans des atmosphères gazeuses contrôlées, ce qui permet une caractérisation fiable des matériaux semi-conducteurs modernes, des couches minces et des matériaux électroniques fonctionnels.
La caractérisation par l’effet Hall est particulièrement utile pour l’étude de la concentration en porteurs de charge, de la mobilité de Hall, de la résistivité, de la conductivité et des coefficients de Hall. Ces paramètres fournissent des informations détaillées sur les mécanismes de transport de charge et contribuent au développement et à l’optimisation des matériaux et composants électroniques.
Principe de fonctionnement du HCS L36 Basic
Le HCS L36 Basic détermine les propriétés de transport électrique des matériaux conducteurs et semi-conducteurs à l’aide de la méthode classique de l’effet Hall. Pour ce faire, un courant électrique défini est appliqué à l’échantillon, tandis qu’un champ magnétique homogène est généré par l’aimant Halbach intégré. La tension de Hall qui en résulte est mesurée avec une grande précision.
Au cours de chaque mesure, le système enregistre en continu les principaux paramètres électriques nécessaires à une caractérisation complète du matériau :
- Tension de Hall – Elle résulte de l’interaction entre le courant électrique et le champ magnétique.
- Résistance électrique – Elle est mesurée simultanément afin de déterminer la résistivité de l’échantillon.
En combinant ces deux mesures dans des conditions identiques, le HCS L36 Basic détermine avec précision le coefficient de Hall, la concentration en porteurs de charge, la mobilité de Hall et la résistivité. Cette configuration est idéale pour la caractérisation de routine de matériaux en volume, de couches minces et d’échantillons semi-conducteurs à l’aide de l’effet Hall.
Principe de fonctionnement du HCS L36 Advanced
Le HCS L36 Advanced étend les possibilités de la mesure classique par effet Hall grâce à l’intégration d’une chambre de mesure à température contrôlée. Les échantillons peuvent être caractérisés à des températures allant des températures cryogéniques jusqu’à 600 °C, sous vide ou dans des atmosphères gazeuses contrôlées, tout en maintenant des conditions de champ magnétique extrêmement stables.
Pendant la mesure, le système enregistre en continu :
- Tension de Hall – Pour déterminer le coefficient de Hall et la concentration en porteurs de charge.
- Résistance électrique – Pour des calculs précis de la résistivité et de la conductivité.
- Propriétés des matériaux en fonction de la température – Caractérisées sur l’ensemble de la plage de mesure.
La combinaison d’un contrôle précis de la température, d’une génération homogène de champs magnétiques et d’une acquisition automatisée des données permet une étude approfondie des mécanismes de transport de charge, du comportement électrique en fonction de la température et des performances des semi-conducteurs.
Principe de fonctionnement du HCS L36 Ultimate
Le HCS L36 Ultimate combine des mesures à effet Hall de haute précision et une caractérisation avancée des propriétés de transport électrique au sein d’une plateforme entièrement modulaire. Outre les mesures de Hall standard, le système prend en charge, en option, les mesures de Hall en courant alternatif, du coefficient de Seebeck, de la barre de Hall, de la barre de Hall à porte et d’illumination, ce qui permet une caractérisation complète des matériaux et composants semi-conducteurs modernes.
Pendant son fonctionnement, le HCS L36 Ultimate enregistre en continu plusieurs signaux électriques :
- Tension de Hall – Pour déterminer la concentration en porteurs de charge et la mobilité de Hall.
- Résistance électrique – Pour des mesures précises de la résistivité et de la conductivité.
- Autres propriétés de transport – Telles que le coefficient de Seebeck ou les effets électriques photo-induits (en option).
Son architecture matérielle modulaire, ses porte-échantillons interchangeables et le logiciel LiEAP intégré offrent une flexibilité maximale pour la recherche, le développement de matériaux et la caractérisation avancée des semi-conducteurs dans des conditions environnementales contrôlées avec précision.
Grandeurs mesurées lors des mesures par effet Hall
Propriétés de transport électrique déterminées à l’aide de l’effet Hall :
- Coefficient de Hall (RH)
- concentration en porteurs
- Mobilité de Hall
- Résistivité électrique
- Conductivité électrique
- Type de porteur (type n / type p)
- Propriétés électriques en fonction de la température
- Magnétorésistance (en option)
Grandeurs déterminées à l'aide de mesures de Seebeck
Propriétés thermoélectriques grâce au module Seebeck en option :
- Coefficient de Seebeck
- Coefficient de Seebeck en fonction de la température
- Tension thermoélectrique
- Comportement de transport des vecteurs
- Vérification du type de matériau
- Caractérisation des matériaux thermoélectriques
Variables mesurées avec des valeurs de mesure affichées
Caractérisation photoélectrique sous un éclairage contrôlé :
- Photoconductivité
- Concentration de porteurs de charge photo-induite
- Mobilité de Hall photo-induite
- Photoréponse
- Dynamique des porteurs de charge
- Caractérisation des semi-conducteurs sous éclairage
Élargissez vos possibilités en matière de caractérisation des matériaux
LSR-3 (LSR L33)
DSC L63
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Présentation du HCS L36 – Principe de fonctionnement, domaines d'application, caractéristiques et questions fréquentes
Comment fonctionne une mesure par effet Hall ?
Le HCS L36 mesure les propriétés de transport électrique d’un matériau en lui appliquant un courant défini tout en exposant simultanément l’échantillon à un champ magnétique homogène. La tension de Hall qui en résulte est utilisée, conjointement avec la résistance électrique, pour calculer des paramètres clés tels que le coefficient de Hall, la concentration en porteurs de charge, la mobilité de Hall et la résistivité. Cette méthode non destructive est couramment utilisée pour la caractérisation des semi-conducteurs et dans la recherche sur les matériaux électroniques.
Quels matériaux peut-on mesurer avec le HCS L36 ?
Le HCS L36 convient à une grande variété de matériaux conducteurs et semi-conducteurs, notamment :
- Silicium (Si)
- Nitrure de gallium (GaN)
- Carbure de silicium (SiC)
- Arseniure de gallium (GaAs)
- Phosphure d’indium (InP)
- Oxydes conducteurs transparents (ITO, AZO)
- Couches minces et revêtements
- Matériaux thermoélectriques
- Semi-conducteurs organiques
- Polymères conducteurs
Quels sont les porte-échantillons disponibles ?
Grâce à son système modulaire de porte-échantillons, le HCS L36 s’adapte à différentes applications.
Parmi les porte-échantillons disponibles, on trouve :
- Porte-échantillon Van der Pauw
- Porte-échantillon de type Hall-Bar
- Porte-échantillon de type « Gated-Hall-Bar »
- Porte-échantillon de Seebeck
- Porte-échantillon éclairé
- Porte-échantillons sur mesure pour des applications spécifiques
Tous les porte-échantillons sont dotés d’une fonctionnalité « plug-and-play » avec détection automatique, pour une mise en service rapide et fiable.
Quelles méthodes de mesure sont prises en charge ?
Selon la configuration choisie, le HCS L36 prend en charge :
- Mesures Hall en courant continu
- Mesures Hall en courant alternatif (en option)
- Mesures de Van der Pauw
- Mesures à la barre de Hall
- Mesures de la barre de Hall à grille
- Mesures du coefficient de Seebeck
- Mesures de Hall avec éclairage
- Mesures de l’effet Hall en fonction de la température
Quels paramètres peut-on déterminer ?
Le HCS L36 détermine simultanément plusieurs propriétés électriques importantes liées au transport, notamment :
- coefficient de Hall
- concentration en porteurs
- Mobilité de Hall
- Résistivité électrique
- Conductivité électrique
- Type de porteur (type n / type p)
Des configurations optionnelles permettent en outre d’effectuer des mesures du coefficient de Seebeck et des mesures photoélectriques.
Combien coûte un HCS L36 ?
Le prix d’un système HCS L36 dépend de la configuration choisie et des options supplémentaires, telles que la plage de température, le type de four, le système de refroidissement, les fonctions d’automatisation ou les modes de mesure spécifiques. Chaque système pouvant être adapté individuellement à vos besoins spécifiques, les coûts peuvent varier considérablement.
Pour obtenir un devis précis, veuillez utiliser notre formulaire de contact pour nous faire part de vos exigences – nous serons heureux de vous faire une offre sur mesure.
Quel est le délai de livraison d'un HCS L36 ?
Le délai de livraison d’un HCS L36 dépend en grande partie des options choisies et de la configuration souhaitée. Des fonctionnalités supplémentaires telles que des fours spéciaux, des plages de température étendues, l’automatisation ou des adaptations sur mesure peuvent accroître les efforts de production et de préparation, et donc allonger le délai de livraison.
Veuillez nous contacter via notre formulaire de contact pour obtenir une estimation précise du délai de livraison sur la base de vos exigences individuelles.
Quelle est la plage de température disponible ?
En fonction de la configuration du système, le HCS L36 effectue des mesures allant des températures cryogéniques jusqu’à +600 °C. Ces mesures peuvent être réalisées sous vide ou dans des atmosphères gazeuses contrôlées, ce qui rend le système adapté aussi bien à la recherche fondamentale qu’à la caractérisation des semi-conducteurs à haute température.
Le HCS L36 peut-il être mis à niveau ultérieurement ?
Oui. Le HCS L36 repose sur une plateforme modulaire et peut être évolué en fonction de l’évolution de vos besoins en matière de recherche. Parmi les extensions disponibles en option, on trouve les mesures AC-Hall, la caractérisation Seebeck, des modules d’éclairage, des porte-échantillons supplémentaires et des configurations de mesure avancées.
Quelle est la différence entre les versions « Basic », « Advanced » et « Ultimate » ?
Le HCS L36 est disponible en trois configurations :
- Basic – Mesures standard par effet Hall pour la caractérisation de routine.
- Advanced – Plage de température étendue et contrôle supplémentaire de l’environnement.
- Ultimate – Plateforme dotée d’un ensemble complet de fonctionnalités, prenant en charge les mesures de réverbération AC, de Seebeck, d’éclairement et de réverbération de barre, ainsi que des applications de recherche avancées.
Logiciel
Rendre les valeurs visibles et comparables
Fonctions de mesure de la réverbération
- Calcul automatique du coefficient de réverbération
- Détermination de la concentration en porteurs de charge
- Calcul de la mobilité de Hall
- Évaluation de la résistivité et de la conductivité
- Identification des porteurs de charge de type n et de type p
- Analyse de Van der Pauw
- Analyse de la barre de Hall
- Analyse de l’effet Hall en fonction de la température
- Mesures en série et procédures de mesure automatisées
Fonctionnalités générales du logiciel
- Interface utilisateur moderne basée sur Windows®
- Un processus de travail intuitif pour une préparation rapide des essais
- Détection automatique des appareils et des porte-échantillons
- Gestion des utilisateurs et des droits d’accès
- Base de données de mesures intégrée
- Génération automatique de rapports
- Organisation des données par projet
- Exportation aux formats CSV, Excel et ASCII
Fonctions de mesure de la réverbération
- Calcul automatique du coefficient de réverbération
- Détermination de la concentration en porteurs de charge
- Calcul de la mobilité de Hall
- Évaluation de la résistivité et de la conductivité
- Identification des porteurs de charge de type n et de type p
- Analyse de Van der Pauw
- Analyse de la barre de Hall
- Analyse de l’effet Hall en fonction de la température
- Mesures en série et procédures de mesure automatisées
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Semi-conducteurs et électronique
Le développement continu des composants semi-conducteurs nécessite une caractérisation de haute précision des propriétés de transport électrique tout au long du processus de développement des matériaux. Les mesures de l’effet Hall fournissent des informations essentielles sur la concentration en porteurs de charge, la mobilité, la résistivité et la conductivité, et permettent ainsi de comprendre en détail les mécanismes de transport de charge dans les semi-conducteurs et les couches minces.
Le LINSEIS HCS L36 permet de déterminer ces paramètres avec une grande précision sur une large plage de températures et dans des conditions environnementales contrôlées. Ce système est utile à la recherche, à l’optimisation des procédés et à l’assurance qualité pour les plaquettes de semi-conducteurs, les couches minces, les matériaux thermoélectriques et les composants électroniques modernes.
Exemple d’application : couche mince d’antimoine (150 nm de Sb)
L’antimoine (Sb) est un semi-métal largement utilisé dans le domaine de la thermoélectricité (sous forme d’alliages, par exemple Bi₁ − x Sb x) et de plus en plus présent dans la microélectronique. Le principal domaine d’application de l’antimoine métallique reste toutefois les plaques de plomb-antimoine utilisées dans les batteries au plomb-acide. La figure présente la caractérisation complète d’un film mince déposé par pulvérisation cathodique sur un substrat SiO₂/Si à l’aide du Linseis HCS L36 Basic (option « RT jusqu’à 200 °C »).
Exemple d’application : couche mince de bismuth-antimoine (150 nm de Bi₈₇Sb₁₃)
Les alliages de bismuth et d’antimoine (Bi₁ − x Sb x) sont des alliages binaires composés de bismuth et d’antimoine dans différents rapports de mélange. L’alliage Bi₀,₉Sb₀,₁ a notamment été le premier isolant topologique tridimensionnel à avoir été mis en évidence expérimentalement. Ces matériaux présentent des états de surface conducteurs, mais leur intérieur est isolant. Divers alliages BiSb sont également utilisés dans des composants thermoélectriques destinés à la plage des basses températures. La mesure présentée a été réalisée sur un film mince de Bi₈₇Sb₁₃ déposé par évaporation thermique.
Exemple d’application : nitrure de gallium de type N (1 μm) jusqu’à 600 °C
Une couche de nitrure de gallium (GaN) de type n d’une épaisseur de 1 μm a été caractérisée à l’aide du HCS L36 Basic, de la température ambiante jusqu’à 600 °C. Le coefficient de Hall en fonction de la température présente une augmentation continue, suivie d’un plateau stable à des températures plus élevées, ce qui atteste de la fiabilité et de la reproductibilité des mesures sur l’ensemble de la plage de températures.
Exemple d’application : ITO (oxyde d’indium-étain) jusqu’à 200 °C
L’oxyde d’indium-étain (ITO) est un oxyde conducteur transparent (TCO) largement utilisé dans les écrans, les écrans tactiles et les composants photovoltaïques. Il allie une conductivité électrique élevée à une excellente transparence optique, ce qui en fait un matériau idéal pour les applications optoélectroniques. La couche d’ITO déposée par pulvérisation cathodique a été caractérisée à l’aide du LINSEIS HCS L36 Basic dans une plage de températures allant de la température ambiante à 200 °C.
Exemple d’application : double couche de CuNi et de Ti (300 + 60 nm) – HCS Basic vs Advanced
Un film mince bicouche CuNi/Ti (300 nm de CuNi + 60 nm de Ti) a été caractérisé de la température ambiante
à 200 °C, tant avec le LINSEIS HCS Basic qu’avec le LINSEIS HCS Advanced.
Les mesures, en fonction de la température, du coefficient de Hall et de la mobilité des porteurs de charge montrent
une excellente concordance entre les deux systèmes sur toute la plage de températures.
Les résultats montrent que le HCS Basic offre une caractérisation par effet Hall
fiable et hautement reproductible pour l’analyse courante des matériaux, tandis que le HCS Advanced s’appuie sur ces performances éprouvées
et dispose d’un éventail de fonctionnalités étendu pour des applications de recherche plus exigeantes
ainsi que pour une caractérisation électrique avancée. Cela garantit la compatibilité totale des méthodes de mesure
ainsi que la fiabilité des échanges de données entre les deux plateformes.
- Comparaison directe entre HCS Basic et HCS Advanced
- Film mince à deux couches de CuNi/Ti (300 nm + 60 nm)
- Plage de température : de la température ambiante à 200 °C
- Détermination de la résistivité électrique, des coefficients de Hall et de la mobilité des porteurs de charge
- Excellente concordance entre les deux appareils
- Une transition en douceur des mesures de routine vers des applications de recherche exigeantes
Bien informé
