- •Лекція 2 электрофизические свойства полупроводников
- •2.2 Собственная проводимость полупроводников
- •2.3. Примесная проводимость полупроводников
- •2.4. Температурная зависимость проводимости применсных полупроводников.
- •2.5. Дрейфовый и диффузный токи в полупроводнике
- •2.6. Электропроводность полупроводников в сильных электрических полях. Эффект Ганна.
- •2.7. Эффект Холла
2.7. Эффект Холла
Явления, возникающие в полупроводнике с током при перемещении его в магнитном поле, называются гальваномагнитными.
К числу наиболее распространенных гальваномагнитных явлений относится эффект Холла, под которым понимают явление, открытое в 1879 г. американским физиком Эдвином Гербертом Холлом.
Пусть вдоль пластинки из полупроводника, имеющей толщину d, длину а и ширину b (причем ), протекает ток (управляющий ток), а перпендикулярно к ее поверхности направлено магнитное поле (управляющее поле), как это показано на рис. 2.12. При одновременном воздействии этих двух управляющих величин между точками 3 и 4 возникает э. д. с. Е2 (э. д. с. Холла), равная
Рассмотрим механизм возникновения эффекта Холла для случая полупроводника с электронной проводимостью.
Электроны, вызывающие ток как известно, движутся в направлении, противоположном направлению тока (рис. 2.12). Под влиянием магнитного поля, направленного перпендикулярно к плоскости пластинки, на движущиеся электроны воздействует сила Лоренца
где е — заряд электрона; V — скорость движения электрона. Эта сила направлена перпендикулярно к направлению движения электронов и магнитного поля (правило левой руки) и отклоняет электроны к переднему краю пластинки. Благодаря накоплению электронов на переднем крае пластинки он заряжается отрицательно (рис. 2.12, отрицательный потенциал точки 4), а противоположный край обедняется электронами и приобретает заряд, соответствующий заряду освобожденных ионов кристаллической решетки, т. е. положительный (рис. 2.12, потенциал точки 3). Вследствие этого в полупроводнике возникает поперечное холловское электрическое поле (направленное от заднего края пластинки к переднему), препятствующее отклонению электронов под действием силы Лоренца.
Процесс накопления зарядов разных знаков у противоположных граней полупроводника продолжается до тех пор, пока сила, вызываемая электрическим полем возникших электрических зарядов, не станет равной силе, обусловленной магнитным полем.
В этом стационарном состоянии электроны опять начнут протекать вдоль пластинки.
При одинаковых направлениях тока и магнитного поля знаки зарядов соответствующих граней электронных и дырочных полупроводников и, следовательно, направления холловских полей в них будут противоположными.
Для практического применения эффекта Холла (в датчиках электрических и магнитных величин, счетно-решающих элементах и преобразователях) необходимо иметь материал с малой концентрацией носителей с высокой подвижностью. Таким материалом являются германий, кремний, арсенид индия и др.)
Контрольные вопросы и упражнения
Назовите основные специфические особенности полупроводников.
На какие свойства полупроводника влияет ширина запрещенной зоны?
Что такое дырка? В чем состоит различие дырки и ионизированного атома?
Объясните процесс прохождения тока в собственном полупроводнике. Поясните, почему при небольших значениях напряжений ток пропорционален напряжениям, в то время как при больших приложенных напряжениях ток мало зависит от них.
Какой полупроводник называют примесным? Найдите правильный ответ:
смесь нескольких различных полупроводников;
механическая смесь частиц металла и диэлектрика;
смесь кремния и германия;
полупроводник, содержащий в небольшой концентрации примесь с валентностью, отличной от валентности основного вещества.
От чего зависит электропроводность примесных полупроводников? Найдите правильный ответ:
от концентрации примесей;
от полярности приложенного напряжения;
от направления протекающего тока.
Что такое основные и неосновные носители зарядов? Как связаны между собой их равновесные концентрации?
Что такое собственная электропроводность? Может ли примесный полупроводник обладать собственной электропроводностью?
9. Где располагается уровень Ферми у примесных полупроводников р-типа? Найдите правильный ответ:
посредине запрещенной зоны;
в валентной зоне;
в зоне проводимости;
вблизи валентной зоны;
вблизи зоны проводимости.
В каких случаях возникает неравновесное состояние полупроводника?
Какой зависимостью связаны диффузионная длина и время жизни носителей?
Какие токи могут протекать в полупроводнике?
Что такое дрейф носителей в полупроводнике?
Что такое диффузия носителей в полупроводнике?
Объясните зависимость удельной электропроводности примесного полупроводника от температуры.