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

51004. Проектирование вторичного источника электропитания 3.83 MB
  Изучить структуру и основные типы промышленных источников питания. По заданию составить структурную схему ИП, рассчитать и выбрать основные элементы: общая компоновка, трансформатор или преобразователь, выпрямитель, фильтр, электронный стабилитрон. Составить общую электрическую схему ИП и рассмотреть принцип действия его элементов...
51005. Изучение газовых законов. Определение показателя адиабаты и политропы 55 KB
  Цель работы: изучение газовых законов, опытное определение показателя адиабаты и политропы воздуха. Приборы и принадлежности: баллон, манометр, насос Камовского.
51007. Изучение распределения Больцмана 44 KB
  Цель работы: изучение распределения Больцмана определение постоянной Больцмана. Компьютер выдал: Вывод: изучили распределение Больцмана определили постоянную Больцмана.
51009. Методи підвищення технічної експлуатації суднових газотурбонагнетачів 3.04 MB
  Суднові двигуни внутрішнього згоряння (ДВЗ) підрозділяють на поршневі і газотурбінні. Робочим тілом у них є гази, які утворюються при згоранні палива безпосередньо в циліндрах поршневих ДВЗ або спеціальних камерах газових турбін. Якщо теплову енергію, преобразуемую двигуном в механічну, використовують для обертання рушіів (на транспортних судах) або для основних виробничих цілей (на суднах технічного флоту)
51010. Устройство для задания интервалов времени (циклический таймер) 4.16 MB
  Прибор производственно-технического, военного или бытового назначения, в заданный момент времени выдающий определённый сигнал, либо включающий — выключающий какое либо оборудование через своё устройство коммутации электроцепи. Большей частью под таймерами подразумеваются устройства, отмеряющие заданный интервал времени
51011. Биологические истоки морального поведения. Как соотносится этика с другими механизмами регуляции общественных отношений 69 KB
  Охарактеризуйте биологические истоки морального поведения. Мораль способ регулирования отношений. Природа морали ее биологические истоки. Как соотносится этика с другими механизмами регуляции общественных отношений. Утверждение мыслителей. Понятие нормы. Социальные нормы как способ регулирования отношений (формы)...