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

84226. СТРОМАЛЬНО-СОСУДИСТЫЕ ДИСТРОФИИ 24.36 KB
  Причина первичного идиопатического ожирения неизвестна. Виды вторичного ожирения: алиментарное; церебральное; эндокринное; наследственное. По внешним проявлениям различают универсальный симметричный тип ожирения который делят на три подтипа: верхний; средний; нижний. По превышению массы тела больного выделяют четыре степени ожирения: I степень ожирения избыточная масса тела составляет до 30; II степень ожирения избыточная масса тела составляет до 50; III степень ожирения избыточная масса тела составляет до 99; ...
84227. СМЕШАННЫЕ ДИСТРОФИИ НАРУШЕНИЕ ОБМЕНА ХРОМОПРОТЕИДОВ (ЭНДОГЕННЫЕ ПИГМЕНТАЦИИ). НАРУШЕНИЕ ОБМЕНА 30.75 KB
  Обмен железа в норме регулируется так чтобы общая сумма железа в организме поддерживалась в пределах узкого диапазона. Увеличение общего количества железа в органе наблюдается при гемосидерозе и гемохроматозе. Анаболический ферритин образуется из железа всасывающегося в кишечнике а катаболический из железа гемолизированных эритроцитов. Билирубин конечный продукт катаболизма порфиринового кольца молекулы гемоглобина он не содержит ни железа ни белка.
84229. НАРУШЕНИЕ МИНЕРАЛЬНОГО ОБМЕНА (МИНЕРАЛЬНЫЕ ДИСТРОФИИ) 24.82 KB
  Обмен кальция. Нарушение обмена кальция в тканях организма называют обызвествлением. Метастатическая кальцификация возникает при увеличении концентрации кальция или фосфора в крови гиперкальциемия.
84230. ОБРАЗОВАНИЕ КАМНЕЙ КАК ОДНА ИЗ ФОРМ НАРУШЕНИЯ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ 22.61 KB
  Наиболее часто камни образуются в желчных и мочевых путях являясь причиной развития желчнокаменной и мочекаменной болезней. Они встречаются также в других полостях и протоках: в выводных протоках поджелудочной железы и слюнных желез в бронхах и бронхоэктазах бронхиальные камни в криптах миндалин на зубах в кишечнике. Желчные камни могут быть холестериновыми пигментными известковыми или холестериновопигментноизвестковыми сложные или комбинированные камни.
84231. НЕКРОЗ 24.24 KB
  Факторы вызывающие некроз: физические; токсические; биологические; аллергические; сосудистый; трофоневротический. зависимости от механизма действия патогенного фактора различают: прямой некроз обусловленный непосредственным действием фактора травматические токсические и биологические некрозы; непрямой некроз возникающий опосредованно через сосудистую и нервноэндокринную системы аллергические сосудистые и трофоневротические некрозы. морфологические признаки некроза.
84232. АПОПТОЗ. АТРОФИЯ 25.24 KB
  АТРОФИЯ Определение морфологические проявления апоптоза Определение классификация значение атрофии Апоптоз или запрограммированная смерть клетки представляет собой процесс посредством которого внутренние или внешние факторы активируя генетическую программу приводят к гибели клетки и ее эффективному удалению из ткани. При увеличении апоптоза наблюдается прогрессивное уменьшение количества клеток в ткани атрофия. Атрофия прижизненное уменьшение объема ткани или органа за счет уменьшения размеров каждой клетки а в дальнейшем числа...
84233. НАРУШЕНИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ 23.15 KB
  Общее артериальное полнокровие или артериальная гиперемия это увеличение числа форменных элементов крови эритроцитов иногда сочетающееся с увеличением объема циркулирующей крови. Общее венозное полнокровие один из самых частых типов общих нарушений кровообращения и является клиникоморфологическим проявлением сердечной или легочносердечной недостаточности. Общее венозное полнокровие может быть по клиническому течению острым и хроническим.