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

79166. Сциентистский дискурс философии техники. Техника классической, неклассической и постнеклассической науки. Технознание в концепции критического рационализма 16.66 KB
  Техника классической неклассической и постнеклассической науки. Сциентистский дискурс философии техники Научная техника означала на первых порах лишь применение к технике естествознания. Итак техника стала научной. Когда эту задачу начали выполнять сознательно и возникла новейшая научная техника.
79167. Научная и техническая теория в их соотношении: философско-методологические аспекты. Системно-интегративные тенденции современной технической теории 33.5 KB
  Системноинтегративные тенденции современной технической теории. В структуре развитой естественнонаучной теории наряду с концептуальным и математическим аппаратом важную роль играют теоретические схемы образующие своеобразный внутренний скелет теории. Теоретические схемы выражают особое видение мира под определенным углом зрения заданным в данной теории. Специфика технической теории состоит в том что она ориентирована на конструирование технических систем.
79169. Философско-методологические аспекты технической теории. Дисциплинарная организация технических наук. Философия техники и философия производства в их соотношении 28.5 KB
  Философскометодологические аспекты технической теории. В структуре развитой технической теории наряду с концептуальным и математическим аппаратом важную роль играют теоретические схемы образующие внутренний скелет теории. В технической теории графические изображения играют более существенную роль чем в физической теории. Именно в инженерной деятельности проверяется адекватность теоретических выводов технической теории и черпается новый эмпирический материал.
79170. Научная и техническая революция: общее и особенное. Социокультурные аспекты технической революции 36 KB
  Научная революция связана с перестройкой исследовательских стратегий задаваемых основаниями науки. Пока общие черты системной организации изучаемых объектов учтены в картине мира а методы освоения этих объектов соответствуют сложившимся идеалам и нормам исследования основания науки обеспечивают рост знания. В этой ситуации рост научного знания предполагает перестройку оснований науки. Научная революция может осуществляться: как революция связанная с трансформацией специальной картины мира без существенных изменений идеалов и норм...
79171. Междисциплинарные аспекты развития технознания. Роль техники в формализации и математизации научного знания, гуманитарные приложения технических наук 35.5 KB
  Роль техники в формализации и математизации научного знания гуманитарные приложения технических наук Технознание – целостная система знаний о технике технологии и техносфере. В связи с возрастанием сложности проектируемых технических систем появлением новых прикладных дисциплин выработкой системных принципов исследования особое значение приобретает деятельность направленная на организацию и руководство такими видами деятельности как с одной стороны проектирование компонентов конструирование отладка разработка технологии а с другой...
79172. Философско-методологические аспекты соотношения научного и вненаучного. Наука, паранаука и мифология в их соотношении 36.5 KB
  Научное знание – основано на принятой в данном обществе концепции рациональности которая находится в соответствии с др. Включает в себя учения или размышления трактаты о явлениях объяснения о которых не является убедительными Лженаучное знания домыслы и рассуждения Квазинаучное знания Осуществляется через методы насилия и принуждения отрицание кибернетики Лысенковчина Антинаучное знание Сознательное искажение действительности Псевдонаучное знание интеллектуальная активность специализирующееся на популярных исследованиях. IV...