2521

Определение концентрации носителей заряда и подвижности в полупроводниках различного типа

Лабораторная работа

Физика

Измерили концентрацию носителей заряда и подвижности в полупроводниках различного типа. Установка для измерения концентрации и подвижности носителей заряда.

Русский

2013-01-06

208.6 KB

35 чел.

Дата       Фамилия       Группа

 

Лабораторная работа №90

I.Название работы:

Определение концентрации носителей заряда и подвижности в полупроводниках различного типа.

Цель работы

Измерение концентрации носителей заряда и подвижности в полупроводниках различного типа.

II.Краткое теоретическое обоснование:

Измерение концентрации носителей заряда и их знака можно осуществить, используя эффект Холла. Пусть по проводнику или полупроводнику, имеющему вид прямоугольного параллелепипеда, протекает ток I. Проводник помещён во внешнее магнитное поле, вектор магнитной индукции которого B направлен перпендикулярно направлению тока и боковым граням образца (рис.1). Тогда между электродами, касающимися верхних и нижних граней образца и расположенными на одной эквипотенциальной поверхности, возникает разность потенциалов Δφx . Она обусловлена силой Лоренца

Fл = q [vB], действующий на заряд q, движущийся в магнитном поле B со скоростью v. Носитель заряда смещается к верхней грани образца при выбранных направления тока и магнитного поля. Смещение происходит до тех пор, пока сила, действующая со стороны возникающего в результате разделения знаков электрического поля с напряжённостью E, не уравновесит силу Лоренца:

Учитывая, что плотность тока j = nvq, находим

где n – концентрация носителей заряда. С другой стороны, для однородного электрического поля напряжённость E и разность потенциалов Δφ связаны соотношением

откуда

или, учитывая, что I = jab

Величина 1 / qn называется постоянной Холла и обозначается Rx, тогда

В таком виде формула является общей. Более точный расчёт даёт различные значения Rx для металлов и полупроводников. Для металлических проводников

для полупроводников с носителем заряда одного знака

для полупроводников с электронной и дырочной проводимостью

Определив из опытных данных коэффициент Холла Rx, можем вычислить концентрацию носителей заряда в металлах и полупроводниках с носителем заряда одного знака.

Если известно значение Rx и удельная электропроводимость δ = qnμ, то для полупроводников с носителем заряда одного знака нетрудно найти их подвижность

При проведении измерений с помощью эффекта Холла следует учесть, что изменение направления поля или тока ведет к изменению знака разности потенциалов  Δφx. На практике нужно измерение провести дважды с противоположными направлениями поля и тока и взять среднее арифметическое:

Это позволяет исключить всякого рода побочные эффекты, которые сохраняют свой знак при изменении направления поля или тока.

III.Рабочие формулы и единицы измерения.

IV.Схема установки.

V.Измерительные приборы и принадлежности.

• Установка для измерения концентрации и подвижности носителей заряда

VI.Результаты измерения.

Измеряемая величина

Номер измерения

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

U, B

0,7

0,9

1,3

2

2,2

2,6

3,2

3,4

3,8

4,1

I, mA

0,5

0,7

1

1,5

1,7

2

2,5

2,7

3

3,2

Δφx, B

18

23

31

48

52

63

78

81

97

100

VII. Черновые записи и вычисления.

Rx1 = (18 / 0,5) • (0,001 / 0,1) = 0,3600    n1 = 9,42 / 8 • 0,3600 • 2,71 = 1,2069

Rx2 = (23 / 0,7) • (0,001 / 0,1) = 0,3286    n2 = 9,42 / 8 • 0,3286 • 2,71 = 1,3224

Rx3 = (31 / 1)  •  (0,001 / 0,1)  = 0,3100    n3= 9,42 / 8 • 0,3100 • 2,71 = 1,4016

Rx4 = (48 / 1,5) • (0,001 / 0,1) = 0,3200    n4= 9,42 / 8 • 0,3200 • 2,71 = 1,3578

Rx5 = (52 / 1,7) • (0,001 / 0,1) = 0,3059    n5= 9,42 / 8 • 0,3059 • 2,71 = 1,4205

Rx6 = (63 / 2)  •  (0,001 / 0,1)  = 0,3150    n6= 9,42 / 8 • 0,3150 • 2,71 = 1,3794

Rx7 = (78 / 2,5) • (0,001 / 0,1) = 0,3120    n7= 9,42 / 8 • 0,3120 • 2,71 = 1,3926

Rx8 = (81 / 2,7) • (0,001 / 0,1) = 0,3000    n8= 9,42 / 8 • 0,3000 • 2,71 = 1,4483

Rx9 = (97 / 3)  •  (0,001 / 0,1)  = 0,3233    n9= 9,42 / 8 • 0,3233 • 2,71 = 1,3438

Rx10 = (100 / 3,2) • (0,001 / 0,1) = 0,3125   n10= 9,42 / 8 • 0,3125 • 2,71 = 1,3904

β = 630 → r = 0,5   δ = 1 / 0,0017 = 588,24

μ1 = 500 • 0,0036 = 180,00              μ6 = 500 • 0,3150 = 157,50

μ2 = 500 • 0,3286 = 164,29              μ7 = 500 • 0,3120 = 156,00

μ3 = 500 • 0,3100 = 155,00              μ8 = 500 • 0,3000 = 150,00

μ4= 500 • 0,3200 = 160,00               μ9 = 500 • 0,3233 = 161,67

μ5= 500 • 0,3059 = 152,94              μ10 = 500 • 0,3125 = 156,25

VIII. Основные выводы.

Измерили концентрацию носителей заряда и подвижности в полупроводниках различного типа.

IX. Графики


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

60138. Влияние шума на организм человека 256 KB
  Цель: дать определение шума; рассмотреть наиболее распространённые источники шума; показать влияние шума на живые организмы; доказать что культура поведения в школе эффективный путь борьбы с шумом...
60139. Позакласний захід-панорама до Дня української мови та писемності «Слово – найтонше доторкання до серця…» 144 KB
  Слайд 2 Рідна мова 1 читець Мово рідна Колискова материнська ніжна мово Мово сили й простоти Гей яка ж прекрасна Ти Слайд 3 2 читець Перше слово крик любові Сміх і радість немовляти: неповторне слово Мати про життя найперше...
60140. Засідання круглого столу: «Математики і лірики» 60 KB
  В свою чергу багато маткматиків віддали данину мазі поезії і навіть писали вірші поеми і романи. Мені хочеться багато писати і вчитися писати зізналась дівчина і ось через якісь цифри я не потраплю до університету.
60141. «Свіча запалена від серця» (загальношкільний виховний захід) 341.5 KB
  Слайд№ 1 Вчитель: Красиво і світло в нашій світлиці Квіти на вікнах стоять весняні. Гладить його по голові Слайд №2 Вчитель: Щовесни коли тануть сніги І на рясті просяє веселка Повні сил і живої снаги Ми вшановуєм пам’ять Шевченка.
60142. Ми тебе не забули, Тарасе! 476.5 KB
  Ведуча 1. 9 березня 1814 року народився Тарас Григорович Шевченко – великий поет України. Тарасе, наш Кобзарю, всюди Приходиш нині ти як свій Тебе вітають щиро люди На всій Україні моїй. Тарас вкраїнської землі Був найвірнішим сином.
60143. Классный час по профориентации: «Наш выбор» 156 KB
  Цели - расширить представления учащихся об различных профессиях; формировать позитивную оценку таких нравственных качеств, как целеустремленность, трудолюбие, скромность...
60144. Подорож до Карликанії 132.5 KB
  Мета. Узагальнити та систематизувати знання, вміння і навички учнів із теми «Подільність чисел»; показати на прикладах за допомогою ігрових моментів; практичну спрямованість математичних знань; удосконалювати навички виразного читання...
60145. Позакласний захід: «Формула кохання» 69.5 KB
  Ломоносов Більш ніж про кохання в світовій літературі тільки про смерть написано. Про емоції розкажуть виступи учнів про вплив речовин: адреналін норадреналін вазопресин серотонін З коханням складніше. На думку дослідників кохання -це хімічний процес...