Методика измерений

Экспериментальная установка состоит из магнита с блоком питания, измерительной части и образца. Принципиальная схема приведена на рис. 1.

Образец InAs расположен на пластине из оргстекла между полюсами магнита. Выводы от образца через разъем на панели установки выведены в виде клемм, номера которых соответствуют рис. 2. Образец поставлен в положение, когда магнитное поле перпендикулярно плоскости образца. Ток через образец пропускается через токовые контакты 1-2. Величина тока не должна превышать 10 мА!

Сигнал V() измеряется с зондовых контактов 5-6 или 3-4. В этом случае величина магнитосопротивления может быть вычислена

. (6)

Таким образом, для измерения поперечного магнитосопротивления достаточно провести измерения зависимости напряжения на зондовых контактах образца от величины магнитного поля.

Измерения необходимо провести при трех значениях магнитного поля (по заданию преподавателя) и различных направлениях тока и провести усреднение по формуле

V(B) = 1/4[V(B⁺, I⁺) – V(B⁺, I^–) – V(B^–, I^–)+ V(B^–, I⁺)], (7)

Рис. 2. Блок-схема установки для измерения Эффекта Холла

где V(B, I) значения напряжения на зондовых контактах при определенном направлении В и I. Следует учитывать, что при изменении направления магнитного тока В знак V() не меняется, а при изменении направления тока I знак V() меняется на обратный.

Порядок работы с блоком питания электромагнита следующий:

– Поставить предел регулировки напряжения в положение I.

– Вывести ручки регулируемого напряжения в крайнее положение (против часовой стрелки).

– Включить левый переключатель «Сеть». Плавно поворачивая ручку регулировки выходного напряжения в пределах 0…40 В, установить необходимое значение индукции магнитного поля, пользуясь градуировочной кривой магнита (рис. 3).

– Для увеличения индукции магнитного поля правый переключатель на блоке питания переключить в положение II. В этом случае для увеличения напряжения на обмотках магнита ручку регулировки вращать по часовой стрелке. При этом диапазон регулировки напряжения составит 40…80 В.

Задание к работе

1. Установить ток через образец не более 10 мА.

2. Измерить V(0) без магнитного поля.

3. Используя градуировочную кривую (рис. 3), установить необходимое значение магнитной индукции.

Рис. 3. Зависимость величины магнитного поля (В) от напряжения источника питания магнита

4. Провести измерение V(B, I) при различных направлениях тока через образец для 5-10 значений В по указанию преподавателя.

5. По формулам (1), (2) провести расчет поперечного магнитосопротивления.

6. Построить зависимость от В².

7. По известному значению и В, вычислить величину подвижности носителей заряда.

Контрольные вопросы

1. Нарисовать траекторию и объяснить движение свободного электрона в скрещенных электрическом и магнитном полях.

2. Объяснить качественно причину изменения сопротивления в магнитном поле.

3. Почему в случае равных скоростей дрейфа для всех носителей заряда магнитосопротивление не возникает?

4. Объяснить, почему пропорционально квадрату индукции слабого магнитного поля.

5. Возникает ли поперечное магнитосопротивление в вырожденных полупроводниках и металлах?

6. Объяснить принципиальную схему установки. Почему магнитосопротивление не измеряют, используя контакты 1-2.

7. Какие механизмы рассеяния носителей заряда существуют в полупроводниках.

8. Как меняются механизмы рассеяния носителей заряда с температурой?

9. Чем определяется сильное различие в значениях подвижностей носителей заряда в различных полупроводниках?

10. Чем обусловлено различие в значениях подвижностей электронов и дырок?

Лабораторная работа № 5