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

33164. Авторские программы ПРОГРАММА «Тайна трех времен» 126 KB
  В деятельности мы определяем три основных компонента Времени – прошлое настоящее и будущее. Главной содержательной целью может быть признано создание пространства организованного для включения детей в самостоятельную жизнь удовлетворение каждым из них своих интересов привитие навыков организации своей деятельности и времени постижение самоценности собственной личности осознание своей роли в жизни. Цель: Создание условий для обогащения опыта самоорганизации жизнедеятельности подростка. Задачи: Выявление интересов и способностей...
33165. Вечер знакомств 79 KB
  Набор команды: Садко набирает дружину Царь с царицей подданных в свое царство Капитан Врунгель команду. Творческая ромашка: детей делят на две или три команды Желтые лепестки цирк клоуны гимнасты дрессировщики жонглеры Красные лепесткитеатр инсценировать сказки ситуации . Далее все делятся на две команды. Способы деления на команды: 1 Первому игроку на ухо говорится цвет например красный.
33166. ВОЖАТОМУ НА ЗАМЕТКУ 71.5 KB
  ЛЕНИВЫЙ ВОЖАТЫЙ Ведя детей то в одно место то в другое исходя из запланированного в дне по дороге указывает рукой в разные направления и говорит: А это дети вон чо. Ведь надо отвечать на вопросы НОРМАЛЬНЫЙ ВОЖАТЫЙ В первые дни устроит игру по станциям в рамках Хозяйственного или Организационного сборов. ВОЖАТЫЙ С ФАНТАЗИЕЙ Заранее до начала смены выстроит экскурсионную программу по лагерю на всю смену продумав что показывать в первую очередь что в середине смены о чем говорить в конце. Договорится с вожатыми соседних отрядов...
33167. Возрастные особенности детей 32.5 KB
  Дети 79летнего возраста имеют следующие возрастные характеристики : высокий уровень активности; процессы возбуждения преобладают над процессами торможения; эмоциональная непосредственность; повышенная работоспособность но в то же время высокая утомляемость в следствии чего необходим отдых в течении дня ; Высокая потребность в игре движении во внешних впечатлениях; Предпочтение к шумным коллективным играм; Высокая чувствительность к критике со стороны взрослых; Сознание различий пола; Становление независимости; Развитие...
33168. Как не скучно ехать в автобусе 34.5 KB
  И если всё это время просто так сидеть и наблюдать в окно весёлой она точно не покажется. Чем же можно занять это время Вопервых уже по дороге в лагерь вожатый должен начинать формировать отряд. А самое главное на время дороги нужно придумать какоенибудь развлечение.Так как север это очень красивое но в то же время и очень опасное место вы все должны уметь четко и быстро выполнять наши команды что бы не погибнуть Кольцовка что нужно взять в экспедицию на Северный полюс А теперь проверим все ли вы взяли ничего не забыли а...
33169. КОНЦЕРТ ВОЖАТЫХ 28.5 KB
  если их нет изначально то скорее всего и не будет Основной этап: когда всю смену все говорят что нужен вожатник но кто его будет делать не понятно все кто действительно его будут делать об этом попрежнему не знают Внимание Время когда надо думать как быть с вожатником приходит нежданнонегадано как полный абзац Группа добровольцев сбивается в каком нибудь лагерном помещении и начинает судорожно перебирать все мыслимые и немыслимые варианты подготовки проведения и темы вожатника Внимание Водка и все заранее подготовленные...
33170. Чем развлекать детей 23 KB
  Например такие: Эстафеты разнообразные состязания в ловкости быстроте и силе Викторины интеллектуальные конкурсы КТД коллективное творческое дело постановки спектаклей концертов и представлений конкурсы красоты талантов разное рукоделие изготовление поделок и т. Тема: Море тогда или конкурсы могут быть связаны с морскими предметами или они могут быть объединены единой сюжетной линией морское путешествие. Тут все конкурсы так или иначе привязаны к этому предмету. Сами конкурсы 1.
33171. Центральный банк, основы его деятельности. Функции центральных банков. Активные и пассивные операции центральных банков 55.5 KB
  Функции центральных банков. Активные и пассивные операции центральных банков. Деятельность любых центральных банков как следует из анализа их исторического развития и современного положения в рыночной системе подчинена следующим основным целям: обеспечению стабильности покупательной способности и валютного курса национальной денежной единицы ликвидности банковской системы созданию эффективного и бесперебойного ведения расчетов включая расчеты наличными деньгами. Центральный банк хранит кассовые резервы коммерческих банков...
33172. Коммерческие банки, их виды. Роль коммерческих банков в рыночной экономике 57.5 KB
  Коммерческие банки их виды. Банки это огромное достижение цивилизации. Поскольку банки проводят в основном денежные операции и предметом их деятельности является денежный капитал то и содержание и масштабы последней зависят от степени развития товарноденежных отношений в стране уровня торговли темпов промышленного производства. Неэмиссионные банки подразделяются по направлению работы на коммерческие универсальные сберегательные инвестиционные ипотечные.