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

7430. Развитие представлений о речи в работах Л.С. Выготского и Ж. Пиаже 127 KB
  Развитие представлений о речи в работах Л.С. Выготского и Ж. Пиаже ВВЕДЕНИЕ Прежде чем приступить к рассмотрению дискутирующих теорий необходимо понять, что же такое речь и почему она...
7431. Формирование кадрового резерва в государственных органах власти РТ (на примере Министерства труда, занятости и социальной защиты РТ) 212 KB
  Введение Формирование новой модели государственного управления, реформирование государственной службы России и ее аппарата невозможны без существенного обновления руководящих кадров, без наполнения органов государственной власти лицами, способными н...
7432. Рассмотрение стратегического подхода к управлению человеческими ресурсами в российских и зарубежных компаниях 148.52 KB
  Введение Актуальность. Глобализация и переход к новой экономической парадигме - экономике знаний - оказали существенное воздействие на менеджмент XXI века. Его основными отличительными особенностями стали гуманизация управления, переход к плоской ор...
7433. Разработка системы связи для передачи непрерывных сообщений дискретными сигналами 842.5 KB
  Разработка системы связи для передачи непрерывных сообщений дискретными сигналами Введение. Теория электрической связи (ТЭС), можно сказать, является первым специальным курсом, который ведет к дальнейшему изучению специальности. ТЭС - неотъемл...
7434. Оценка экологического риска при авариях на магистральных нефтепроводах 186.5 KB
  Оценка экологического риска при авариях на магистральных нефтепроводах ЗАДАНИЕ 1. Исходные данные к проекту: Общая характеристика населенного пункта Оценка факторов, определяющих величину ущерба ОПС при авариях на нефтепроводах О...
7435. Охрана труда. Требования, охрана и гигиена охрана труда 93.81 KB
  Содержание Тема Охрана труда. Общие положения. Тема Требования охраны труда. Тема Организация охраны труда. Тема Гигиена труда. Тема Меры борьбы производственным шумом и вибрацией. Тема Расчет зон при взрывах газовоздушных (ГВС) и ...
7436. Правовой статус субъектов РФ. Положение субъектного состава РФ 154.5 KB
  Введение Возникшая в результате победы Октябрьской революции Российская Советская республика являлась унитарным государством. Однако многонациональность России и провозглашение советской властью права нации на самоопределение активизировали тенденци...
7437. Техніко-криміналістичне дослідження грошових знаків 141 KB
  Техніко-криміналістичне дослідження грошових знаків ВСТУП Гроші - це особливий товар, що виконує роль всезагального еквіваленту. Вони є необхідним атрибутом будь-якого суспільства і характерізують певну стадію його розвитку....
7438. Проектирование привода к ленточному конвейеру с одноступенчатым цилиндрическим редуктором 508.42 KB
  Проектирование привода к ленточному конвейеру с одноступенчатым цилиндрическим редуктором Оглавление Введение. Кинематический и силовой расчет привода. Определение общего КПД привода. Определение мощности электродвигателя и подбор ...