为了对薄膜的电传输特性有更深入的了解，通过对样品进行Hall系数测试（HL5500，英国ACCEAT OPTICAL公司）来获得载流子浓度和迁移率的信息。在进行载流子浓度测试之前，需要在测试的薄膜上镀电极，本文采用电子束蒸发的方式沉积Al／Cu作为测试用电极。首先按照要求将薄膜裁切成1 cm×1 cm的方块，选用适当的掩模版在方块的四个角沉积电极，具体结构如图6-13所示。
图6-13 Sb2Te3薄膜Hall系数测试结构示意图
薄膜的载流子特性及平均自由程如表6-3和表6-4所示，所有薄膜的载流子电荷都为正，说明薄膜主要由空穴导电，载流子浓度为2×1019cm-3。普遍认为对热电材料来说最佳的载流子浓度约为1019cm-3，制备的薄膜刚好处在这个量级。
表6-3 不同厚度Sb2Te3薄膜载流子浓度、迁移率和电导率
表6-4 不同厚度的Sb2Te3薄膜的颗粒尺寸、载流子平均自由程以及它们的比值
如图6-14所示为Sb2Te3薄膜的电传输特性随薄膜厚度的变化曲线，可以看出薄膜的载流子浓度、迁移率和电导率对薄膜厚度是敏感的。对于制备的Sb2Te3薄膜，28 nm厚的薄膜具有最高的载流子浓度2.493×1019cm-3，在薄膜厚度增加到67 nm时此值急速降低到1.701×1019cm-3。这是因为在28 nm厚的薄膜中存在大量的微晶，造成大的颗粒边界密度，在界面处的原子提供和散射载流子，因此在28 nm厚的薄膜中具有最高的载流子浓度和最低的迁移率。当薄膜从28 nm持续增长到67 nm时，大量的微晶开始迅速地聚合，造成界面密度的减小。这可以通过薄膜的颗粒尺寸和平均自由程看出，相比于28 nm的薄膜，在67 nm的薄膜中颗粒尺寸几乎增加了2倍，平均自由程也增加了1倍。这说明薄膜经历了一个微晶快速增长的过程。一些界面的消失使得提供载流子的中心减少，同时对载流子的散射作用也减小。因此在67 nm的薄膜中载流子浓度迅速减小而其迁移率急剧增加。(www.xing528.com)
图6-14 Sb2Te3薄膜的载流子浓度、迁移率、电导率和载流子平均自由程随厚度的变化曲线（所有数据均在室温下测试获得）
当薄膜厚度超过67 nm且继续增加时，载流子浓度稍有增加但并不像刚开始降低得那么剧烈。随着厚度的增加，薄膜内部应力聚集，导致在较厚薄膜的微晶中有更多的杂质和缺陷形成，提供了更多的载流子，这可以从载流子平均自由程与颗粒尺寸的比值看出。随着薄膜厚度的增加，这一比值下降，表明载流子在较厚薄膜的微晶中收到了更多的来自缺陷的散射，这也可由生长过程中RHEED衍射模式证明。刚开始载流子浓度的降低是由于在较薄的薄膜中，颗粒边界的影响占支配作用。当薄膜达到一定的厚度时，微晶内部缺陷的影响变得更加重要。同时随着薄膜厚度的增加，基片对薄膜内部的影响越来越小，薄膜内部缺陷浓度逐渐趋于稳定。因此载流子浓度随厚度的增加而降低。对所有的薄膜，迁移率和平均自由程随厚度单调递增说明颗粒边界对载流子的散射比缺陷更明显。在室温下，121 nm厚的薄膜具有最大的载流子迁移率（305 cm2·V-1·s-1）和最大的平均自由程（17.22 nm），即使是28 nm厚的薄膜，其载流子迁移率和平均自由程也达到了107 cm2·V-1·s-1和6.37 nm。由图6-14可以看出电导率随薄膜厚度增加而单调地增加，当薄膜从28 nm增加到121 nm时，电导率从425.7 S／cm增加到1 036 S／cm。前期电导率增加较为缓慢，主要是由于增长的载流子迁移率部分地补偿了载流子浓度的降低。
图6-15显示了67 nm、98 nm和121 nm的薄膜的电阻率与温度的关系。在温度达300 K时，所有薄膜的电阻率随温度增加而增加，电阻率与温度的关系近似符合线性变化，并且对所有薄膜拟合的斜率基本相等。对应67 nm、98 nm和121 nm的薄膜电阻温度系数分别为4.15μΩ·cm·K-1、3.85μΩ·cm·K-1和3.35μΩ·cm·K-1。符合化学计量比的Sb2Te3薄膜的主要杂质是本征的点缺陷，一般是浅掺杂能级。薄膜载流子的平均自由程与颗粒尺寸的比值略小于0.5，说明薄膜内的微晶中有较少的杂质或缺陷。
图6-15 Sb2Te3薄膜电阻率随温度的变化曲线
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