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

23 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

71723. Физические свойства ЭКГ 430.5 KB
  Задача электрокардиографии заключается в том чтобы оценить работу сердца электрические процессы в сердце по биопотенциалам регистрируемым с поверхности тела человека. Эти импульсы возникают в проводящей системе сердца которая состоит из синусного узла атриовентрикулярного узла и пучка Гиса.
71724. Физические основы электропроводности биологических тканей при постоянном токе. Лечебный электрофорез и гальванизация 239 KB
  Изучить физические основы применения постоянного электрического тока с лечебной целью. Чем объясняется нарушение закона Ома при прохождении постоянного тока через биологическую ткань С чем связывают первичное действие постоянного тока Почему у анода и катода возбудимость клетки разная.
71725. Изучение импеданса живой биологической ткани 201 KB
  Изучить зависимость импеданса биологической ткани от частоты переменного тока. Определить сдвиг фаз между силой тока и напряжением при прохождении переменного тока через живую ткань. Вопросы входного контроля Что такое электрический ток Что является носителями тока в проводниках...
71726. Определение динамического коэффициента вязкости. Определение коэффициента поверхностного натяжения 465 KB
  Какие режимы течения жидкости существуют Объясните возникновение силы внутреннего трения. Напишите уравнение Ньютона для течения вязкой жидкости. Как зависит вязкость жидкости от температуры Что такое ньютоновские и неньютоновские жидкости Запишите формулу Пуазейля проанализируйте ее.
71727. Изучение поля электрического диполя 887.5 KB
  Цель работы: исследовать поле модели электрического диполя. Основные понятия теории электрического диполя Электрическим диполем называется система состоящая из двух равных по величине но противоположных по знаку точечных зарядов расположенных на расстоянии друг от друга.
71728. Измерение осмотической устойчивости эритроцитов методом светорассеяния 93.5 KB
  Виды эритроцитов в зависимости от формы. Основная функция эритроцитов заключается в транспортировке кислорода и углекислоты. во взвешенном состоянии или в изотоническом растворе соли равновесном для эритроцитов они имеют форму двояковогнутого диска и называются дискоцитами.
71729. Использование электроизмерительных приборов для измерения электрических величин 697 KB
  Закрепить умения измерения физических величин косвенными методами на основе прямых измерений нескольких величин. Величины характеризующие прохождение электрического тока по цепи и единицы их измерения.
71730. Снятие спектральной характеристики уха на пороге слышимости 665 KB
  Субъективной характеристикой звука является громкость (Е), которая характеризует уровень слухового ощущения. Слуховое ощущение обусловлено чувствительностью уха к действию звуковой волны. Чувствительность, в свою очередь, зависит от физических характеристик звуковой волны...
71731. Методы оценки погрешностей при прямых и косвенных измерениях количественных значений различных величин 150.5 KB
  Научиться обрабатывать результаты прямых и косвенных измерений с учетом случайных и систематических погрешностей. Состояние производства и научных исследований предъявляют постоянно растущие требования к точности измерений которые удовлетворяются не только за счет создания...