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

41898. ИТЕРАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ НЕЛИНЕЙНЫХ УРАВНЕНИЙ 251.24 KB
  Метод Ньютона. В качестве начального приближения здесь выбирается правый или левый конец отрезка в зависимости от того в котором выполняется достаточное условие сходимости метода Ньютона вида: Условие выполняется на обоих концах отрезка следовательно в качестве начального приближения разрешено выбрать любой из них. Рабочая формула метода Ньютона для данного уравнения запишется так: Условия выхода итерационного процесса аналогичны условиям метода простых итераций: и . Модифицированный метод Ньютона.
41899. ИТЕРАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ СИСТЕМ НЕЛИНЕЙНЫХ УРАВНЕНИЙ. МЕТОД НЬЮТОНА 213.45 KB
  Цель работы: научиться решать системы нелинейных уравнений СНУ методом простых итераций МПИ и методом Ньютона с помощью ЭВМ. Изучить МПИ и метод Ньютона для решения систем нелинейных уравнений. На конкретном примере усвоить порядок решения систем нелинейных уравнений МПИ и методом Ньютона с помощью ЭВМ. Построить рабочие формулы МПИ и метода Ньютона для численного решения системы при начальном приближении: .
41900. ИТЕРАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ СИСТЕМ ЛИНЕЙНЫХ АЛГЕБРАИЧЕСКИХ УРАВНЕНИЙ 244.14 KB
  Цель работы: научиться решать системы линейных алгебраических уравнений СЛАУ методом простых итераций МПИ и методом Зейделя с помощью ЭВМ. Изучить метод простых итераций и метод Зейделя для решения СЛАУ. Сравнить скорости сходимости метода простых итераций и метода Зейделя. Построить рабочие формулы МПИ и метода Зейделя для численного решения системы.
41901. Знакомство со средой разработки Oracle Application Express. Создание исходного приложения 1.09 MB
  Знакомство со средой разработки Orcle ppliction Express. Каковы основные компоненты среды разработки Orcle ppliction Express ppliction Builder собственно среда разработки webстраниц и бизнесправил. Что такое рабочая область workspce Рабочая область workspce это виртуальная частная база данных которая позволяет множеству пользователей работать с одной инсталляцией Orcle ppliction Express обеспечивая при этом приватность пользовательских объектов и приложений.
41902. Построение графиков в среде программирования MATLAB 354.21 KB
  Цель работы: научиться строить графики различных типов в программной среде MATLAB. Изучить основные операторы построения графиков в среде программирования MATLAB; освоить принципы построения различных типов графиков в среде программирования MATLAB.
41904. Проверка выборочного распределения 54.6 KB
  По критерию Пирсона гипотеза о нормальности изучаемого распределения принимается. Основные статистические характеристики: Среднее выборочное значение (математическое ожидание)
41905. Исследование работы усилительного каскада на биполярном транзисторе 48.29 KB
  2013 Цели работы: Определить основные параметры усилительного каскада на биполярном транзисторе и их зависимость от значений режимов работы схемы; Снять и построить амплитудночастотную характеристику усилительного каскада на биполярном транзисторе в схеме с ОЭ; Приборы и оборудование: Учебный лабораторный комплекс Устройство лабораторное по электротехнике К4826. Ход работы: Собрали схему для снятия характеристик усилительного каскада на биполярном транзисторе в соответствии с рисунком 1: Рисунок 1 Усилительный каскад на...
41906. ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАМЕДЛЯЮЩИХ СИСТЕМ НА РЕЗОНАНСНОМ МАКЕТЕ 98.13 KB
  Исследование проводится на резонансном макете (рис. 1), который представляет собой короткозамкнутый отрезок ЗС длиной пять периодов. С помощью петли связи 4 в макете возбуждается стоячая волна, амплитуда которой контролируется через петлю связи 5. Размеры петель выбраны из условия пренебрежимо малого искажения ими поля в ЗС.