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

29266. Культура Нового времени 98.5 KB
  Кагану КУЛЬТУРА XVII века Европейская история культуры основана на античном городеполисе на полисном генотипе. На этой основе сложились характерные черты буржуазной культуры: Антропоцентрический характер культуры в основе которого мысль древнегреческого философа Протагора Человек есть мера всех вещей. Личностная свобода помается как исходный символ и становится основной ценностью западной культуры. Инновационный инновация нововведение характер культуры: общая ориентация на изменение привычного образа мыслей.
29267. КУЛЬТУРА И ПРИРОДА (по М.С.Кагану) 36 KB
  Маркс: обмен веществ между человеком и природой; практическидуховный отношения которые складываются в обыденном сознании людей в их повседневной жизни выражаются в фантастическом преобразовании реального мира и опредмечиваются в мифологии религии искусстве; духовнотеоретический отношения которые выражаются ав познании законов природы и получают наивысшее выражение в науках о природе и бв ценностном осмыслении природы которое разрабатывается в сфере идеологии. Сферами проявления взаимоотношений культуры и природы можно...
29268. НОРМА КУЛЬТУРНАЯ 30 KB
  Различают нормы общечеловеческие национальные классовые групповые межиндивидуальные. Нормы отличаются друг от друга по уровню обязательности выполнения по степени свободы их выбора. Существуют нормы обязательность которых однозначна и определенна вплоть до применения строгих санкций выполнение правовых норм норм технической деятельности на индустриальном производстве и др. Действие любой нормы не абсолютно; норма переживает период зарождения утверждения потом теряет стабильность начинает разрушаться.
29269. КУЛЬТУРОГЕНЕЗ 27.5 KB
  Сущность культурогенеза заключается в процессе постоянного самообновления культуры не только методом трансформационной изменчивости уже существующих форм и систем но и путем возникновения новых феноменов не существовавших в культуре ранее. Культурогенез не является однократным событием происхождения культуры в эпоху первобытной древности человечества но есть процесс постоянного порождения новых культурных форм и систем. С позиций эволюционной теории основной причиной культурогенеза является необходимость в адаптации человеческих сообществ к...
29270. КУЛЬТУРОЛОГИЯ. Философия культуры 29.5 KB
  Предметом культурологии. Многие теоретические исследования выполняются на стыке философии культуры и культурологии. Прежде всего имеет место разделение культурологии. В фундаментальной культурологии могут быть выделены социальная антропология культурная антропология историческая культурология психологическая антропология культурная семантика и др.
29271. Древнеегипетская, античная, библейская, славянская, восточно-азиатская мифологические системы 59 KB
  Пантеон система всех богов египетских божеств включает несколько исторических пластов. Наиболее древние боги имели тождество с животными: Гор сокол Ра с головой сокола Сехмет львица Анубис шакал и т. Одним из главных богов в Древнем Египте считался Осирис. Египтяне в честь бога совершали ежегодный обряд: сделанное из глины изображение Осириса засевалось зерном и к празднику покрывалось зелеными всходами.
29272. Миф как универсальная культурно-историческая форма 51.5 KB
  Мифы создания коллективной общенародной фантазии обобщённо отражающие действительность в виде чувственноконкретных персонификаций и одушевлённых существ которые мыслятся первобытным сознанием реальными С. В первобытной культуре мифы выполняли роль науки это целостная система в терминах которой воспринимается весь мир. Этиологические мифы от греч. причина мифы объяснительные мифы повествования в которых в мифологически олицетворённой форме разъясняются происхождение какоголибо явления природы или социальной жизни.