Контрольные вопросы*

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛУПРОВОДНИКОВ С ПОМОЩЬЮ ЭФФЕКТА ХОЛЛА

Цель работы: у исследуемого полупроводника определить:

1)постоянную Холла Я/у, м3/Кл;

2)преобладающий тип проводимости (знак основных носителей заряда);

3)концентрацию носителей заряда п, м'3;

4)подвижность носителей заряда Ь, м2/(В-с).

Приборы и принадлежности: образец полупроводника, лабораторная установка.

Краткие теоретические сведения

На движущийся в проводнике носитель заряда при наличии магнитного попя действует сила Лоренца (^л), величина и направление которой определяется векторным произведением:

Fn = q v x B , (1) где В - индукция магнитного поля; q и д - заряд и скорость носителя тока. В случае, если носители тока - электроны заряд q = -e , где е= 1,6* 10 19 Кл - элементарный заряд.

Под действием этой силы носители тока отклоняются к одной из продольных граней проводящей пластины, благодаря чему она зарядится одним знаком, а противоположная грань другим (рис. 1).

Процесс образования заряда на продольных гранях продолжается до тех пор, пока кулоновская сила поля Холла не уравновесит действие силы

где п - концентрация носителей заряда; а и d - геометрические размеры пластины, можно найти холловскую разность потенциалов по формуле

I XBV

называется постоянной Холла. Из соотношения (5) можно вычислить постоянную Холла:

а затем из формулы (6) определить концентрацию носителей заряда:

(8)

e R H

Далее по известному значению удельной электропроводности (о) образца находят подвижность носителей заряда (b) по формуле

371

Определение характера проводимости полупроводника производится по закону холловской разности потенциалов при известном направлении тока в образце и направлении вектора магнитной индукции.

Экспериментальная установка для исследования эффекта Холла в полупроводниках

В данной работе холловская разность потенциалов измеряется с помощью электронного милливольтметра типа 111-4313. Электрическая схема измерительной установки изображена на рис. 2 и 3.

Магнитное поле создается электромагнитом, градуировка которого проведена по ампертеслометру типа Ф4354/1. Градуировочный графи.

В

Рис. 2. Схема включения электромагнита (направление

поля В соответствует положению I коммутатора К\)

В =J[f) для межполюсного зазора Л = 4 мм и диаметра полюсников Д = 25 мм прилагается к установке. Величина тока, проходящего через обм отку электромагнита, регулируется реостатом Д1 и измеряется амперметром А. В качестве источника постоянного тока используется выпрямитель.

Исследуемый образец легированного полупроводника вмонтирован в специальный держатель, на котором указаны размеры кристалла. Ток через образец регулируется реостатом R2 и измеряется миллиамперметром мА.

Направление тока в образце можно изменять с помощью коммутатора

К2.

Для увеличения точности определения постоянной Холла RJf значение холловской разности потенциалов Uz должно быть измерено при двух противоположных направлениях тока 1Х в образце. За измеренную величину U- следует брать среднее значение из этих двух измерений. В противнем случае к холловской разности потенциалов Uz при одном направлении тока добавится остаточное падение напряжения UOCT, являющееся следствием неэквипотенциальности контактов 3 и 4 образца (см. рис. 3) в отсутствие магнитного поля.

Для определения знака носителя тока в проводнике необходимо договориться о прямом и обратном направлениях тока и вектора индукции магнитного поля в соответствии с рис. 2 и 3. Направление прямого тока показано знаками (+) и (-) на держателе образца, а вектора В буквами С и Ю на полюсниках электромагнита (см. рис. 2). Эти направления соответствуют положению коммутаторов К\ и К2 в состоянии I. Если при условии сохранения состояния I коммутаторов К\ и К2 милливольтметр показывает положительное значение измеряемой холловской разности потенциалов в положении I коммутатора /О, то основными носителями тока в образце следует считать дырки, а полупроводник p-типа. Если же милливольтметр при этом покажет отрицательное значение холловской разности потенциалов, то основными носителями тока являются электроны, а полупроводник я-типа (см. рис. 3).