Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Fiz_Polupr_dlya_stud / Описания вып.работ / 2р(а).Эфф. Холла

.doc
Скачиваний:
20
Добавлен:
10.02.2015
Размер:
75.26 Кб
Скачать

4

ЭФФЕКТ ХОЛЛА И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ МОНОКРИСТАЛЛА ПОЛУПРОВОДНИКА.

З а д а н и е.

Измерить с помощью эффекта Холла у образца германия электропроводность , холловскую разность потенциалов Vн, снять зависимость ЭДС Холла от напряженности магнитного поля Vн = f(H) и от температуры образца Vн = f(T) . По результатам измерений определить коэффициент Холла (R) , концентрацию основных носителей (μ) , построить график зависимости R = f(T) и по наклону его определить энергию ионизации примесных и основных атомов , а по виду графика - тип проводимости образца.

Описание измерительной установки.

33

H

H

6

4 5

ЛАТР

~220 V

Измерительная установка состоит из двух самостоятельных блоков : блока создающего магнитное поле и измерительного блока. Магнитное поле 3000 Эрстед создается между полюсами электромагнита подав на его катушки выпрямленного тока 2,5 А от выпрямителя ВСА-5А . Внезапное включение или выключение тока может привести к пробою изоляции обмотки катушек , поэтому нельзя включать или выключать напряжение не убедившись в том , что напряжение уменьшено до нуля. Ручка регулировки тока расположена в центре передней панели выпрямителя.

Образец, выполненный в виде прямоугольной пластинки, помещается в специальное приспособление, которое закреплено между полюсами электромагнита. Ток ~ 1 mA , который идет через образец от контакта 2 к 3, регулируется резистором, укрепленным на миллиамперметре М2020. Цифровым вольтметром типа В7-35 измеряется холловская разность потенциалов Vн между контактами 5 (черный штекер) и 4 (голубой провод) , а между контактами 5 и 6 (белый провод) электропроводность.

Температура образца меняется в зависимости от напряжения ЛАТРа, регулирующего температуру в печи, и контролируется термопарой. Таблица градуировки термопары приведена ниже. Индикатором служит милливольтметр М2018 (15 mV) .

Последовательность выполнения работы.

1. Измерение электропроводности образца.

Для определения электропроводности образца необходимо включить источник питания. Ток (~1 mA) контролируется миллиамперметром М2020. Электропроводность вычисляется по формуле.

σ =-1 ,

где а – толщина образца (0,25 см); d - ширина образца (0,35 см); l- расстояние между контактами 5 и 6 (0,32 см) ; I - ток через образец ; V5-6 – разность потенциалов между контактами 5 и 6 .

2. Измерение коэффициента Холла.

При токе ~ 1 mA через образец и магнитном поле 3000 Эрстед ( ток 2,5 А ) измерить холловскую разность потенциалов между контактами 4 и 5 . При этом неизбежно появление дополнительных разности потенциалов, например, из-за неэквивалентности контактов (VНЭ), градиента температур (VΔT) и т. д. Следовательно :

V4-5 = VН + VНЭ + VΔT ,

где VН - холловская разность потенциалов.

Для исключения дополнительных разностей потенциалов следует повернуть образец в магнитном поле на 180О . В этом случае VН изменит знак на противоположный , а дополнительные останутся теми же , т. е.

Н + VНЭ +VΔТ .

Беря полуразность отсчетов , получаем :

.

При вычислении VН обязательно обращать внимание на знаки V4-5 и .Коэффициент Холла вычисляется по формуле :

,

где VH - в Вольтах , I - в Амперах , Н - в Эрстедах , а - толщина образца в сантиметрах .

Появление множителя 108 обусловлено применением смешанной системы единиц .

Концентрация носителей заряда вычисляется по формуле :

.

Для данного образца в диапазоне температур от комнатной и выше, Холл-фактор А можно принять равным 1,18 , что соответствует рассеянию носителей на тепловых колебаниях решетки.

Определить холловскую подвижность носителей заряда по формуле:

При комнатной температуре измерить величину RH в различных магнитных полях и построить график зависимости RH(H) . В таблице дана зависимость напряженности магнитного поля от величины тока через катушки электромагнита.

I(A)

0,5

1,0

1,25

1,5

1,75

2,0

2,5

3,0

3,5

H(Э)

500

1200

1500

1800

2000

2450

3000

3700

4300

3. Измерение ширины запрещенной зоны.

Создать напряженность магнитного поля 3000 Эрстед. Измерив VH при различных температурах, вычислить RH и построить график зависимости RH = f(T). Температура определяется термопарой по показаниям вольтметра М2018. В таблице дана градуировка термопары.

V(mV)

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

T=Tkoм+

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

Поскольку концентрация носителей заряда для данного образца в исследуемой температурной области зависит температуры по закону

а коэффициент Холла, следовательно, будет зависеть от температуры по закону

то график зависимости RH(T) удобно строить в координатах lnRH от . В этом случае график будет представлять прямую линию с наклоном абсцисс , пропорциональным Eg .

Тогда для вычисления ширины запрещенной зоны полупроводника можно воспользоваться формулой :

где R1 и R 2 значения коэффициентов Холла, измеренные при температурах Т1 и Т2 соответственно.

Порядок окончания работы.

Регулирующие ручки ЛАТРа и выпрямителя ВСА-5А установить в крайнее левое положение, отключить источник питания образца. Все приборы выключить от сети ~ 220 В. Рабочее место привести в порядок.

Соседние файлы в папке Описания вып.работ