36906

Измерение холловской разности потенциалов в полулроводниковой пластине и определение концентрации, подвижности и знака носителей заряда, участвующих в токе

Лабораторная работа

Физика

Эффект Холла в полупроводниках. Основные теоретические положения к данной работе основополагающие утверждения: формулы схематические рисунки: Эффект Холла заключается в возникновении поперечной разности потенциалов при пропускании тока через металлическую или полупроводниковую пластинку помещенную в магнитное поле направленное под некоторым углом к направлению тока. Классическая...

Русский

2013-09-23

294.5 KB

2 чел.

PAGE  5

Московский государственный университет

путей сообщения РФ (МИИТ)

Кафедра «Физика-2»

Институт, группа ИУИТ, УИС-111                         К работе допущен____________________

        (Дата, подпись преподавателя)

Студент Дмитриева Е. В.                                          Работа выполнена___________________

 (ФИО студента)      (Дата, подпись преподавателя)

Преподаватель Шульмейстер А. М.                     Отчёт принят_______________________          (Дата, подпись преподавателя)

ОТЧЁТ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ №47

Эффект Холла в полупроводниках.

  1.  Цель работы:

Измерение холловской разности потенциалов в полулроводниковой пластине и определение концентрации, подвижности и знака носителей заряда, участвующих в токе.

2. Принципиальная схема установки

(или её  главных узлов):

О – арсенид галлия;

D – диэлектрический держатель;

Р1, Р2 – рукоятки;

Э – цилиндрический экран;

Б – батарея гальванических элементов;

Т – тумблер;

П1, П2, П3 – переключатели;

μА – микроамперметр;

R1, R2 – сопротивления;

1-12 – клеммы;

S, N, – южный и северный полюсы   

постоянного магнита;

Тб – таблица;

 
3. Основные теоретические положения к данной работе
(основополагающие утверждения: формулы, схематические рисунки):

 Эффект Холла заключается в возникновении поперечной разности потенциалов при пропускании тока через металлическую или полупроводниковую пластинку, помещенную в магнитное поле, направленное под некоторым углом к направлению тока.

 Разность потенциалов возникает, как это показано на рис. между точками А и А1, лежащими на прямой, перпендикулярной как к вектору j, так

и к вектору индукции В. В отсутствие магнитного поля точки А и А1 лежат на эквипотенциальной поверхности.

 Классическая электронная теория объясняет эффект Холла следующим образом: поток электрических зарядов, попадая в магнитное поле, отклоняется от первоначального направления своего движения под действием силы Лоренца:

   (1)

где й – величина заряда, - средняя дрейфовая скорость.

 При этом одна из боковых сторон пластинки получает отрицательный заряд, в то время как противоположная сторона заряжается равным ему по величине положительным зарядом. Накопление зарядов происходит до тех пор, пока сила, действующая на электрический заряд со стороны хол-ловского электрического поля, не уравновесит силу Лоренца:

  (2)

 Таким образом, напряженность поперечного холловского электрического поля:

    

 Если векторы  и  взаимно перпендикулярны, то    (3).

 Средняя скорость направленного движения носителей тока связана с плотностью тока у соотношением, где n - концентрация носителей заряда. Следовательно

  (4)

 Выразив плотность тока через силу тока I и подставив выражения (4) в (3), поличим

   (5)

Где , постоянный Холла.

 Соотношение (5) позволяет определить постоянную Холла , м3/Кл, и концентрацию носителей заряда n , м3 , в образце из опытных данных

;   

Знак постоянной Холла определяется знаком носителей заряда. У полупроводников постоянная Холла может быть отрицательной и положительной, так как существует два типа проводимости. У полупроводников с электронной проводимостью (полупроводников n-типа) перемещаются электроны, и знак постоянной Холла отрицателен. У другого типа полупроводников электропроводность осуществляется положительными зарядами или так называемыми «дырками». Такие полупроводники называются дырочными (полупроводниками р-типа). Они имеют положительный знак постоянной Холла.


4. Таблицы и графики

    Результаты измерений и расчетов:

Крайнее правое положение ручки Р1:

I

мА

(R1)i1

мкА

(R2)i1

мкА

, мкВ

(i=1..4)

, мкB

1

1

н

1,8

1

2070

Нижнее

6323

в

-2

-1,5

-5520

2

2

н

3,1

2

5185

Верхнее

-9115

в

-3,6

-2,4

-6624

3

3

н

4,9

3

7118

-

в

-5,1

-3,5

-10264

4

4

н

6,5

4,2

10920

-

в

-7

-4,8

-14051

Крайнее левое положение ручки Р1:

I

мА

(R1)i1

мкА

(R2)i1

мкА

, мкВ

(i=1..4)

, мкB

1

1

н

-2,2

-1,8

-9108

Нижнее

-8526

в

2

1

1840

2

2

н

-3,8

-2,5

-6723

Верхнее

6001

в

3,2

2

4907

3

3

н

-5

-3,3

-8929

-

в

4,9

3

7118

4

4

н

-6,6

-4

-9342

-

в

5,8

3,8

10138

R1 = 100 Ом

R2 = 1020 Ом

b = 1,5 мкм

В = 2000Тс

ρ = 0,5*10-2 Ом*м

5. Расчёт измерений.

  1.  Рассчитаем UH (ЭДС Холла) по формуле для каждого случая.
  2.  Рассчитаем среднее значение ЭДС Холла для каждого случая.

  1.  Найдем постоянную Холла по формуле ;

1н: 843*10-63/Кл)  2н: -1137*10-63/Кл)

1в: -1215*10-63/Кл) 2в: 800*10-63/Кл)

4) Найдем концентрацию n по формуле , где q=1,6*10-19Кл

1н: 329*1025-3)

2н: -244*1025-3)

1в: -228*1025-3)

2в: 347*1025-3)

  1.  Вычислим подвижность носителей заряда по формуле

1н: =9,5*10-62/В*с)

2н: =-1,28*10-52/В*с)

1в: =-1,37*10-52/В*с)

2в: =9*10-62/В*с)

 

Подпись студента:


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

83243. Применение системы Mathcad для исследования численных методов 624.4 KB
  Целью данной курсовой работы является изучение численных методов при помощи системы Mathcad. Изучение основных операций с программой, изучение различных способов программирования, наглядное изучение текстового и графического редактора, и самой системы в целом.
83244. Финансовый рынок и финансовые институты 250 KB
  Финансовый рынок — совокупность отношений, связанных с оказанием и потреблением финансовых услуг, а также выпуском и обращением финансовых инструментов; это совокупность рыночных институтов,механизм перераспределения капитала между кредиторами и заёмщиками при помощи посредников...
83245. Этногенез восточнославянских племен. Формирование древнерусской государственности. Основные историографические теории образования государства 37.5 KB
  Основные историографические теории образования государства. у восточных славян складываются предпосылки для образования государства: Возникновение древнерусского государства связывают с объединением политических центров в Новгороде и Киеве князем Олегом в 882 г.
83246. Эмоциональный интеллект 18.93 KB
  Представляет собой способность определить эмоции по физическому состоянию чувствам и мыслям; определить эмоции других людей через произведения искусств речь звуки внешний вид и поведение точно выражать эмоции и потребности связанные с данными чувствами; дифференцировать истинные и ложные выражения чувств.
83247. Нелинейное и динамическое программирование 42.96 KB
  Задача поиска наибольшей увеличивающейся подпоследовательности: дана последовательность требуется найти самую длинную возрастающую подпоследовательность. Задача о редакционном расстоянии расстояние Левенштейна: даны две строки требуется найти минимальное количество стираний...
83248. АННА КОМНИНА 20.26 KB
  Старшая дочь византийского императора Алексея I и Ирины Дукены, одна из образованнейших женщин своего времени, автор прозаического эпоса «Алексиада» о деяниях ее отца. Биографические сведения о писательнице содержатся в ее сочинении, в прологе к ее завещанию и в монодии...
83249. Семейные правоотношения 42.5 KB
  Такое деление основано на том что имущественные права и обязанности имеют определенное экономическое содержание. Личные права и обязанности такого содержания лишены они возникают в связи с нематериальными благами неотделимы от личности и непередаваемы другим лицам.
83250. Влияние экологии на население Криворожья 14.4 KB
  Население Криворожья пытается бороться с негативными последствиями деятельности предприятий; происходит реконструкция канализационных очистных сооружений строительство напорных трубопроводов защита от подтопления скоростного трамвая мероприятия по озеленению и уборке террритории города.
83251. Классификация жилых домов по градостроительной ситуации, виды жилой застройки 29.65 KB
  Периметральная застройка составляется из протяженных жилых домов любого типа: многосекционных коридорных галерейных блокированных рис. Однако периметральная застройка может охватывать и участок значительного размера.