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

34 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

8343. Салат по - шекински. Бульон с колдунами. Рожки мясные 226.5 KB
  Введение. Основные направления развития общественного питания Особенности национальной кухни Основная часть: Технология приготовления блюд и расчет стоимости Товарная характеристика продуктов, входящих в состав блюда, условия, сроки...
8344. Древний Китай. Специфика социальной структуры 41.03 KB
  Древний Китай. Специфика социальной структуры Введение Д ревнекитайская цивилизация сложившихся в V—III тысячелетиях до н. э. в среднем течении реки Хуанхэ. Бассейн Хуанхэ был главной территорией формирования этнической общности древних китайце...
8345. Пенсионное страхование в Китае 25.05 KB
  История развития пенсионного страхования. Пенсионное страхование в Китае возникло и развивалось вместе с промышленной революцией и крупным общественным производством после распада традиционного сельскохозяйственного общества. После провозглашения Ки...
8346. Китайская народная республика 1.97 MB
  Выдвигается в мировые экономические и политические лидеры. Пять принципов мирного сосуществования – в конституции страны. Хунвейбины и Цзаофани громили учебные заведения и университеты. Публичные казни представителей интеллигенции и перевоспитание.
8347. Джентльменский набор костолома или компоненты традиционного обучения боевым искусствам в Китае 217.5 KB
  Джентльменский набор костолома или компоненты традиционного обучения боевым искусствам в Китае. Очень часто можно услышать про разные стили, что в одном только удары, и нет бросков, в другом - нет техники ударов ногами, еще где-то не используют захв...
8348. Экономика Китайской Народной Республики 31 KB
  Экономика Китайской Народной Республики Экономика Китайской Народной Республики - 2-я экономика мира по объёму ВВП (на 2010 год). При оценке ВВП страны необходимо учитывать, что данные за прошлые годы регулярно пересматриваются в сторону пов...
8349. Феодальный Китай под властью цинской монархии 96.45 KB
  Феодальный Китай под властью цинской монархии План. Крестьянская война XVII в. Захватнические войны Цинов. Первая опиумная война. Крестьянская...
8350. Фразеология китайского языка 86 KB
  Классификация фразеологизмов. В соответствии со своими дифференциальными признаками (лексико-семантическими и грамматическими), а также особенностями функционирования или способами существования в речевой цепи, фразеологизмы подразделяют на соответс...
8351. Маньчжуры и династия Цин в Китае 55.5 KB
  Маньчжуры и династия Цин в Китае За полтора века затянувшейся политической борьбы в верхах за необходимые стране реформы процесс разорения крестьян достиг крайней степени. Снова оживилась деятельность тайных обществ типа Белого лотоса. Год от года...