
- •Лабораторная работа n2 определение постоянных холла элементарных полупроводников.
- •1.Эффект Холла. Связь эффекта Холла с основными параметрами полупроводников.
- •Угол Холла также пропорционален подвижности:
- •Более строгое выражение для коэффициента Холла имеет вид
- •1.2. Э.Д.С. Побочных эффектов.
- •Типичные значения параметров полупроводников.
- •Сравнительная оценка величины эффекта Холла и побочных эффектов
- •2.Методика измерения постоянной Холла.
- •2.1.Определение постоянной Холла.
- •Кроме того, принимая во внимание (7), коэффициент Холла можно выразить в зависимости от приложенного к образцу напряжения и проводимости
- •Однако поскольку проводимость связана с током соотношением
- •2.2. Метод постоянного поля.
- •2.3. Описание установки для измерения постоянной Холла.
- •Контрольные вопросы:
- •Литература
2.Методика измерения постоянной Холла.
2.1.Определение постоянной Холла.
Рассмотрим величины, непосредственно измеряемые в эксперименте. Во время эксперимента измеряются не электрические поля и плотность тока, а разности потенциалов (напряжения) и сила тока
(34)
где а, b, d—длина, ширина и толщина образца (см. рис. 2).
Рис. 2. Образец для измерения эффекта Холла и проводимости
Перепишем формулы (5), (6), (9) и (10) с учетом (34)
,
(35)
,
(36)
(37)
.(38)
Кроме того, принимая во внимание (7), коэффициент Холла можно выразить в зависимости от приложенного к образцу напряжения и проводимости
(39)
Однако поскольку проводимость связана с током соотношением
(40)
то при подстановке
из (40)
вновь приобретает прежнюю связь с током,
отраженную в (38).
Что касается подвижности, то она связана только с приложенным напряжением (продольного электрического поля), но не с током. Это явно видно из первого уравнения (12), которое можем переписать с учетом (34)
(41)
Проводя исследования
эффекта Холла в примесных полупроводниках
в зависимости от окружающих условий
(например, от окружающей температуры),
можно измерять э. д. с. Холла Vy
в двух режимах: в режиме питания образца
от источника тока
и
в режиме питания образца от источника
напряжения
.
Тогда в соответствии с выражениями (37)
и (35) и при
в первом случае э. д. с. Холла будет
функцией концентрации носителей, во
втором - функцией подвижности носителей
заряда.
Для исключения
влияния сопротивления токовых контактов
целесообразно продольное напряжение
измерять зондовым методом (контакты
4—5
на рис. 2). Измерив поперечное
напряжения и индукцию магнитного поля(ВZ)
для образца с данными размерами (рис.
2), можно определить три главных параметра
полупроводника:
(42)
(43)
(44)
2.2. Метод постоянного поля.
Первый эксперимент
по измерению эффекта Холла, проведенный
самим Е. X. Холлом в ноябре 1878г был выполнен
методом постоянного магнитного поля и
постоянного тока ( методом). С тех пор благодаря относительной
простоте реализации этот метод получил
широкое распространение.
В методе
уменьшение вклада посторонних поперечных
э.д.с. в измеряемую э.д.с. Холла осуществляется
усреднением результатов измерений
общего поперечного напряжения для двух
направлений токаIx
и двух направлений магнитного поля Bz.
(45)
Из (45) видно, что
усредненное напряжение
кроме э.д.с.
Холла, содержит э.д.с. Эттингсгаузена,
э.д.с. Нернста - Эттингсгаузена - Пельтье
и э.д.с. Риги - Ледюка - Пельтье. При
исследовании многих материалов, главным
образом высокоомных, вкладом дополнительных
э.д.с. можно пренебречь (см. табл. 2). Кроме
того, принимая во внимание зависимость
установления состояния термического
равновесия от времени, получаем
(46)
где
- постоянная времени, определяемая
теплопроводностью образца и теплоемкостью
системы образец-держатель,t
- время. Таким образом, вклад
дополнительных э. д. с. можно уменьшить,
сократив время измерений.
Часто усреднение
Vy
производят только по двум направлениям.
В этом случае в соответствии с (45) среднее
напряжение
(47)
Пренебречь
последними э.д.с
можно
лишь
при исследовании высокоомных материалов
и при обеспечении изотермических условий
измерений.