ID: 2521

Название работы: Определение концентрации носителей заряда и подвижности в полупроводниках различного типа

Категория: Лабораторная работа

Предметная область: Физика

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

Язык: Русский

Дата добавления: 2013-01-06

Размер файла: 208.6 KB

Работу скачали: 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