22830

ВИЗНАЧЕННЯ КОНЦЕНТРАЦІЇ НОСІЇВ ЗАРЯДУ В НАПІВПРОВІДНИКАХ З ЕФЕКТУ ХОЛЛА

Лабораторная работа

Физика

ВИЗНАЧЕННЯ КОНЦЕНТРАЦІЇ НОСІЇВ ЗАРЯДУ В НАПІВПРОВІДНИКАХ З ЕФЕКТУ ХОЛЛА В основу вимірювання концентрації електронів покладено явище Холла яке полягає у виникненні поперечної різниці потенціалів при проходженні струму по провіднику напівпровіднику який знаходиться в магнітному полі перпендикулярному до лінії струму. Ефект Холла в електронній теорії пояснюється так. Введемо сталу Холла 7 Тоді 8 Отже згідно з формулою 8 вимірявши силу струму I у...

Украинкский

2013-08-04

71.5 KB

1 чел.

Робота 12. ВИЗНАЧЕННЯ КОНЦЕНТРАЦІЇ НОСІЇВ ЗАРЯДУ В НАПІВПРОВІДНИКАХ З ЕФЕКТУ ХОЛЛА

В основу вимірювання концентрації електронів покладено явище Холла, яке полягає у виникненні поперечної різниці потенціалів при проходженні струму по провіднику /напівпровіднику/, який знаходиться в магнітному полі, перпендикулярному до лінії струму.

Ефект Холла в електронній теорії пояснюється так. Якщо по провіднику /напівпровіднику/ іде струм і зовнішнє магнітне поле   відсутнє, то еквіпотенціальні поверхні електричного поля створюють систему перпендикулярних до площин, в одній з яких бажано розмістити холлівські електроди /мал.29/.

Потенціал в усіх точках кожної поверхні , отже і в точках А  і С , однаковий. При наявності магнітного поля, спрямованого до читача нормально до площини мал.29, на кожній носій заряду буде діяти сила Лоренца. Припустимо, що ми має мо напівпровідник, в якому є носій

заряду тільки одного знака, наприклад, додатнього, тобто дірки. У цьому випадку сила Лоренца дорівнює      /1/

і спрямована перпендикулярно до верхньої грані пластини. Під її дією у дірок з"явиться складова руху в напрямку верхньої грані. Біля цієї грані утвориться лишок додатніх зарядів, а біля нижньої лишок від"ємних. Отже, виникне додаткове поперечне електричне поле, яке буде урівноважувати дію сили Лоренца. Внаслідок цього  носії заряду будуть рухатися у тому ж напрямку  , що і  у відсутності магнітного поля.Точки А і С , які у відсутності магнітного поля були на одній і тій же еквіпотенціальній поверхні, тепер матимуть різні потенціали. Різниця цих потенціалів називається холлівською різницею потенціалів. Визначимо її, виходячи з електронної теорії. Стаціонарний розподіл зарядів буде тоді, коли

/2/
Різниця потенціалів дорівнює

                                                                                 /3/

/   b   - ширина пластинки/. .                

Сила струму через напівпровідник    /4/

/  d  - товщина пластинки/,     звідки                        /5/

Підставимо /5/ в /3/, тоді

                        /6/  

Це і є формула холлівської різниці потенціалів. Введемо сталу Холла  

 

                                          /7/

Тоді                                              /8/

Отже, згідно з формулою /8/, вимірявши силу струму I у провіднику, різницю потенціалів Ux. , магнітну Індукцію B  і товщину пластинки d , можна обчислити сталу Холла, а потім за формулою /7/ визначити концентрацію носіїв  заряду.

При урахуванні закону розподілу електронів за швидкостями і застосуванні класичної статистики стала Холла має вигляд     

                                                                                                                                                 /9/

Застосування статистики Фермі-Дірака дає вираз /7/.    У напівпровідниках концентрація носіїв заряду значно менша, ніж в металах, тому доцільно користуватися формулою /9/. В одному і тому ж напівпровіднику може бути або електронна,або діркова провідність залежно від характеру домішок. За знаком сталої Холла  можна визначити тип провідності напівпровідника.

При зміні напряму магнітного поля або струму поперечна різниця потенціалів змінює знак. Це дозволяє легко відрізнити ефект
Холла від побічних ефектів /градієнт температури, нерівномірний розподіл домішок, нееквіпотенціальність електродів тощо/. Для
виключення можливих помилок досліди завжди треба виконувати при двох протилежних напрямах магнітного поля. При одному напрямі
магнітного поля різниця потенціалів  , де
Ux - е.р.с. Холла, Un, - всі Інші побічні е.р.с. При протилежному напрямі поля U2=-Ux+Un. Звідси  ,тобто вплив побічних ефектів ліквідовано.

Мета роботи: визначити тип та концентрацію носіїв електричних зарядів у напівпровіднику.

Необхідні прилади: досліджуваний зразок, електромагніт, мілі-веберметр, подвійні перемикачі, амперметр, випрямляч, цифровий вольтметр, мікроамперметр, джерело струму.

Різницю потенціалів слід вимірювати компенсаційним методом, скориставшись, наприклад, цифровим вольтметром Щ-43ІЗ. Принципова схема установки для вимірів подана на мал.ЗО. Магнітне поле  створюється  між полюсами електромагніта і залежить від сили струму, який проходить через котушки електромагніта. Магнітну Індукцію  B  між  полюсами електромагніта визначають з вимірів магнітного потоку Ф за допомогою мілівеберметра.

Завдання та обробка результатів вимірювань

І. Скласти схему згідно мал.ЗО.

2. Визначити величини індукції магнітного поля між полюсами єлектромагн1ту.

3. Для зменшення помилки у визначенні потенціалів Холла вимірювання слід проводити, змінюючи кожного разу напрям  магнітного  поля.

      4. За знаком різниці потенціалів Холла визначати знак носіїв заряду в досліджуваному напівпровіднику. Напрям  Ф визначити за  допомогою                              

       компаса.

5. З вимірів холлівської різниці потенціалів обчислити середнє значення сталої Холла, а за нею концентрацію носіїв заряду для даного зразка.

6.Обчислити похибку, з якою визначена концентрація носіїв заряду.

Контрольні питання

І. Механізм виникнення е.р.с. Холла.      

2. Вплив заряду носіїв електрики на  знак  е.р.с. Холла.

3. Метод вимірювання концентрації носі.їв заряду.

4. Усунення впливу побічних факторів при дослідженні холлівської   е.р.с.

5. Принцип дії мілівеберметра.

6. Чи одна і та ж швидкість V  у формулах  /2/ і /4/?

Список літератури

І. Сивухин Д.В. Общий курс физики. -М., 1983. -С.438-443. 2. Физический практикум: Злектричество й оптика /Под ред. В.И.Ивероновой. -М., 1968. -С.140-145, з. 90.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

2808. Выражения как комбинация операндов и операций 30 KB
  Лекция 6 Выражения Выражение – это комбинация операндов и операций, задающая порядок вычисления некоторого значения и принимающая это значение. Операции – это инструкции, определяющие действия над операндами. В качестве операнда могут выст...
2809. Операции как символ или комбинация символов 136 KB
  Операции Операция – это символ или комбинация символов, которые сообщают компилятору о необходимости произвести определённое арифметическое, логическое или другое действие. Операции в языке C  могут иметь от одного до трех опера...
2810. Операторы как конструкторы языка 62 KB
  Лекция Операторы Оператор – это конструкция языка C, которая определяет для компилятора конечный набор действий. Пустой оператор. Пустой оператор состоит только из точки с запятой. Форма записи, При выполнении этого оператора ничего не п...
2811. Массивы как наборы данных одного типа 73 KB
  Лекция. Массивы Массив – это набор данных одного типа, собранных под одним именем. Форма объявления массива: класс памяти тип список массивов. Поле класс памяти определяет класс памяти массива и является необязательным. Поле тип является о...
2812. Структура программы и модификаторы типа указателей в ОС MS-DOS 53.5 KB
  Лекция. Структура программы и модификаторы типа указателей в ОС MS-DOS В общем виде программа на языке C состоит из директив препроцессора, объявлений и определений объектов, команд, которые могут быть записаны как в одном, так и в нескольких моду...
2813. Измерительные преобразователи и схемы 3.63 MB
  Понятие измерительных преобразователей (ИП), виды, классификация. Эксплуатация летательных аппаратов в авиации связаны с получением данных о значении различных физических величин, характеризующих состояние объекта управления - механических, тепло...
2814. Приспособление городских территорий к застройке 38 KB
  Приспособление городских территорий к застройке Основные задачи организации поверхностного водоотвода. Отвод поверхностных вод - одно из основных мероприятий инженерной подготовки и благоустройства городской территории. К основным задачам орган...
2815. Организация и технология торговли 3.46 MB
  Переход экономики Украины на рыночные отношения вызвал кардинальные изменения в деятельности всех отраслей хозяйственного комплекса страны. Торговля как одна из наиболее масштабных сфер предпринимательской деятельности получила за последнее...
2816. Безопасность бизнесмена и бизнеса 612 KB
  Главное - быть живым и здоровым. В последнее время с газетных страниц, с экранов телевизоров, по радио все чаще можно услышать об убийствах предпринимателей и финансистов, о налетах на их офисы и квартиры. Эта кровавая волна докатилась уже и до с...