36790

Определение концентрации и подвижности основных носителей заряда в полупроводниках

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Эффект Холла обусловлен взаимодействием носителей заряда электронов проводимости и дырок с магнитным полем. В магнитном поле на электрон действует магнитная сила F= e[B v] на положительные заряды F= q[B v] v = j ne средняя скорость направленного движения носителей в электрическом поле; nконцентрация носителей; e qзаряды под действием которой частицы отклоняются в направлении перпендикулярном j и B. При одном и том же направлении тока на передней грани накапливаются разные по знаку заряды в зависимости от типа...

Русский

2013-09-23

174.5 KB

26 чел.

Лабораторная работа № 2-06

«Определение концентрации и подвижности основных носителей заряда в полупроводниках»

Цель работы: определение концентрации и подвижности носителей заряда в полупроводниках на основании измерений эффекта Холла.

Приборы и принадлежности: образец арсенида галлия, электромагнит ЭМ-1, источник постоянного тока, вольтметр.

Краткое теоретическое содержание работы

  Одним из наиболее удобных методов изучения полупроводников является эффект Холла. Эффект состоит в возникновении на боковых гранях элемента с током, помещенного в поперечное магнитное поле, разности потенциалов, пропорциональной величине тока  I  и индукции магнитного поля B:

                                     (1)

где - толщина образца.

Величина  называется постоянной, или коэффициентом Холла.  

  Эффект Холла обусловлен взаимодействием носителей заряда (электронов проводимости и дырок) с магнитным полем. В магнитном поле на электрон действует магнитная сила F= e[B, v], на положительные заряды F= q[B, v]  ( v = j / ne – средняя скорость направленного движения носителей в электрическом поле; n-концентрация носителей; e, q-заряды), под действием которой частицы отклоняются в направлении, перпендикулярном  j и B.

  В результате на боковой грани пластины происходит накопление зарядов и возникает поле Холла  . При одном и том же направлении тока на передней грани накапливаются разные по знаку заряды в зависимости от типа носителей.

  Постоянная Холла равна  . R можно выразить через подвижность носителей заряда  или , где - проводимость образца (проводимость арсенида галлия).

   

   

Схема экспериментальной установки

  Образец (тонкая пластинка  м) помещается в магнитном поле. Магнитное поле создает специально созданный электромагнит. В зависимости от тока (напряжения), пропускаемого через обмотку электромагнита, напряженность магнитного поля изменяется в пределах А/м. Проводимость образца арсенида галлия равна  

Интенсивность тока, пропускаемого через образец, изменяют от 0,5 до 1 А. Разность потенциалов  измеряют цифровым вольтметром с большим входным сопротивлением.

  Постоянная Холла равна :

                   (2)       

где

Концентрация носителей n :

                                                             (3)

где

Техника эксперимента. Расчетные данные. Таблицы.

  1.  Ознакомиться с приборами лабораторной установки, изучить их передние панели.
  2.  Включить источник питания электромагнита, установить ток 600 мА и напряжение 20 В.
  3.  Включить источник для подачи тока на образец Холла и установить напряжение на нем 2 В.
  4.  Провести измерения  при напряжениях питания электромагнита 10,15,20В и при токах через образец  Результаты измерений занести в таблицу 1.

Таблица 1.                                           

10

3,599

4,673

5,834

15

3,815

4,975

6,211

20

4,044

5,287

6,596

   

5. По графику  определить значения напряженности магнитного поля  для напряжений источника питания электромагнита 10,15,20 В.

 

Таблица 2.

10

49,33

15

74

20

98,67

График зависимости

  1.  По формуле (2) рассчитать значения  для всех режимов измерения и определить его среднее значение. Данные занести в таблицу 3.

Расчеты для таблицы 3.

Используя формулу:

;         (Постоянная Холла)

где - коэффициент усиления.

1.  

 2.  

 3.  

 4.  

 5.  

6.  

7.  

8.  

9.  

Таблица 3.

10

41,46

32,25

26,38

15

29,30

22,79

18,64

20

23,29

18,11

14,82

25,23

6.Далее, рассчитываем концентрацию носителей заряда n в образце арсенида галлия.

     (Формула для вычисления концентрации носителей заряда)

;  

 

                             

 7.Впоследствии, необходимо определить подвижность носителей заряда в арсениде галлия по формуле , если известно, что .

;

 ;

 

 

Вывод: в ходе проведения данного экспериментального опыта, нам необходимо было провести измерения разности потенциалов и рассчитать полученные данные, на основании измерений эффекта Холла. Нашей задачей являлось определение концентрации и подвижности носителей заряда в полупроводниках. В процессе выполнения работы ознакомились с приборами лабораторной установки. А также наглядно изучили один из методов изучения полупроводников с помощью эффекта Холла.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

49028. Микропроцессорная система на базе МП КР580ВМ80А 73.5 KB
  Микропроцессорные системы нашли широчайшее применения в настоящее время. Основными характеристиками этих линий являются: Функциональное назначение: линии адреса образующие шину адреса А150; линии данных образующие шину данных D70; линии управления образующие шину управления; линии синхронизации и питания. В микропроцессоре К580...
49029. Выбор профессии финансового аналитика 1.52 MB
  Нейросети в банковском деле Нейросети в маркетинге В данной работе я попытаюсь показать возможно ли применение нейросети при выборе профессии и насколько это будет эффективно. Ими были получены следующие результаты: разработана модель нейрона как простейшего процессорного элемента выполняющего вычисление переходной функции от скалярного произведения вектора входных сигналов и вектора весовых коэффициентов; предложена конструкция сети таких элементов для выполнения логических...
49030. Создание и обработка баз данных в Excel и Access 943 KB
  Для представления данных в удобном виде используют таблицы. Особенность электронных таблиц заключается в возможности применения формул для описания связи между значениями различных ячеек, расчет по ним выполняется автоматически. Изменение значения в одной ячейки приводит к пересчету во всех остальных, которые связаны с нею формульными отношениями, а тем самым к обновлению всей таблицы.
49031. Расчёт основных характеристик цифровой системы передачи непрерывных сообщений 539.5 KB
  Кодирование отсчетов сигнала bti: kразрядный равномерный двоичный код с добавлением одного бита проверки на четность. Канал связи с постоянными параметрами и аддитивной помехой имеет полосу пропускания ΔFk значительно большую чем ширина спектра модулированного сигнала ΔFU. Смесь сигнала и шума на выходе канала zt=stnt где st= ut∙Kпк сигнал на выходе канала nt аддитивный гауссовский шум с равномерным энергетическим спектром белый...
49032. Разработка технологического процесса изготовления детали по чертежу 1.51 MB
  Технология изготовления заготовки Возможные способы изготовления заготовки. Технологический процесс изготовления заготовки. Технология изготовления детали Технологический процесс стр...
49034. Разработка технологии изготовления заготовки и детали с выбором оборудования и инструмента 271.5 KB
  Задание по курсовой работе Целью и заданием данной курсовой работы является разработка технологии изготовления заготовки и детали. Технологический процесс изготовления заготовки Данную заготовку получаем в литейной форме продольный разрез которой показан на рисунке.
49035. Технологический процесс изготовления заготовки опоры 735.17 KB
  При литье в кокиль отливки получают путем заливки расплавленного металла в металлические формы – кокили. Полости в отливках оформляют песчаными, оболочковыми или металлическими стержнями. Кокили с песчаными или оболочковыми стержнями используют для получения отливок сложной конфигурации.