Описание лабораторной установки и вывод расчетных формул
В настоящей работе эффект Холла изучается на пластине, изготовленной из селена, относящегося к полупроводникам. Схема лабораторной установки представлена на рис. 6.2.
Рис. 6.2.
Для создания тока в полупроводнике и питания обмотки электромагнита используются два выпрямителя.
Ток I в полупроводниковой пластине регулируется резистором R и измеряется миллиамперметром. Для измерения холловского тока Iн используется микроамперметр.
Все приборы смонтированы на панели.
Величина индукции магнитного поля В в зазоре электромагнита определяется из градуировочного графика по силе тока Iэм. Эта сила тока измеряется амперметром, расположенным на передней панели выпрямителя, питающего электромагнит.
Из выражения (6.3) постоянная Холла
или,
с учетом 2
–
1=
н,
нb/IB.
(6.5)
Толщина пластины b указана на ее оправе.
ЭДС Холла, измеряемая разностью потенциалов между гранями пластины, по закону Ома для полной цепи
н
= Iн(r+rмкА),
(6.6)
где r – сопротивление участка полупроводника между точками 1 и 2
(см. рис. 6.1). Его значение также указано на оправе пластинки;
rмкА – сопротивление микроамперметра, измеряющего ток Iн Холла.
Значение rмкА приведено на шкале прибора.
Из соотношения (6.4) получим для концентрации n носителей тока в полупроводнике выражение
.
(6.7)
Переходя к определению типа проводимости в полупроводниковой пластине, следует помнить, что в полупроводниках возможна проводимость двух типов: электронная и дырочная. Электронная проводимость обусловлена перемещением электронов, потерявших связь с атомами и ставших свободными. На освободившиеся места (так называемые положительные «дырки») могут перескакивать электроны из соседних атомов, результатом чего будет перемещение дырок по кристаллу полупроводника (дырочная проводимость). Введением соответствующих примесей в полупроводник можно добиться значительного преобладания электронной или дырочной проводимости. Такая проводимость полупроводника называется примесной.
Для установления
типа проводимости в полупроводниковой
пластине необходимо знать направление
вектора
в
зазоре электромагнита, поэтому в
соответствующих местах сердечника
электромагнита сделана маркировка
магнитных полюсовN
и S.
Кроме этого на оправе пластинки буквами
Н
и В
указано, какой из клеммных зажимов
соединен с нижним, а какой с верхним
контактами на гранях полупроводниковой
пластины.
Рассмотрим методику установления типа проводимости. Вначале, пользуясь полярностью зажимов микроамперметра, измеряющего холловский ток, определите знак заряда контактов Н и В. Затем по правилу левой руки найдите направление силы Лоренца, действующей на носители тока в пластине (Направление тока в пластине легко найти, зная полярность зажимов выпрямителя, создающего ток в ней). Наконец, пользуясь полученными, согласно сказанному выше, выводами и рис. 6.1, установите тип проводимости в полупроводниковой пластине.