Вивчення ефекту Холла в напівпровідниках

 

Мета роботи: ознайомитися з одним із методів визначення концентрації вільних носіїв струму в напівпровідниках та встановити їх природу.

Прилади і матеріали: Установка для дослідження ефекту Холла в напівпровідниках.

 

 

Явище ефекту Холла полягає в тому, що в провіднику з струмом, розмішеному в зовнішньому магнітному полі, виникає електричне поле, напруженість якого перпендикулярна площині, в якій лежать вектори густини струму і індукції магнітного поля.

 

 

1. Вимірюючи знак і значення постійної Холла (11), можна встановити тип носіїв заряду і їх концентрацію. Одночасно вимірюючи питому електропровідність, є можливість визначити цілий ряд фундаментальних характеристик напівпровідників: ступінь чистоти, енергію активації домішок і ширину забороненої зони, відношення рухливості дірок і електронів і їх ефективні маси.

2. Поява холлівської ЕРС використовується в більшості вимірювальних пристроїв і схем автоматики: в магнітометрах (для вимірювання індукції магнітного поля), струмомірах (для вимірювання сили струму, який протікає в кабелях), ватметрах, для перетворення постійного струму в змінний, генерування, модуляції і демодуляції електромагнітних коливань.

 

 

1. Ознайомтесь з лабораторною установкою і приведіть її в робочий стан. При цьому кремнієвий напівпровідник розміщується між полюсами постійного магніту з індукцією, яка вказується на лабораторній установці. Там же ви знайдете розміри кремнієвого зразка.

2. Проведіть вимірювання холлівського струму для трьох значень струму через напівпровідник. Ці та інші необхідні параметри, які є на лабораторній установці, занести до таблиці.

 

 

1. Для трьох значень струмів через напівпровідник розрахувати відповідні значення холлівської різниці потенціалів між точками (3, 6) напівпровідника, скориставшись законом Ома:

2. Скориставшись співвідношенням (10), обчислити значення сталої Холла. У цьому випадку:

3. середнє значення сталої Холла дає можливість визначити концентрацію носіїв струму в напівпровіднику:

4. Розрахувати значення питомої електропровідності напівпровідника. У цьому випадку:

де а, b, d – розміри кремнієвого зразка в м;

r1, 2 – опір зразка між точками 1 і 2.

5. Оцінити величину рухливості носіїв (наш напівпровідник має діркову провідність). Тому

де g – елементарний заряд;

n – концентрацыя носіїв.

 

 

1. Електропровідність металів. Надпровідність, магнітні властивості надпровідників.

2. Енергетичні зони в кристалах, розщеплення енергетичних рівнів. Розподіл електронів по енергетичних зонах.

3. Валентна зона, зона провідності в металах, напівпровідниках і діелектриках.