Використання ефекту Холла.
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.
Рис. 8.2.
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. Для виготовлення холлівських датчиків успішно використовують Ge і Si, однак найкращі результати одержані при використанні InSb, InAs, InAsxP1-x тощо.
Хід роботи
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. Електрична схема установки подана на рис. 8.2.3
|
І1.2,мкА вимірювання холлівського струму для трьох значень струму через напівпровідник. Ці та інші необхідні параметри, які є на лабораторній установці, занести до таблиці.І1.2, мА
|
Іх,мкА
|
r1.2, Ом
|
r ,0м
|
а, м
|
b,м
|
d,M
|
В,Тл
|
|
3
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7
|
|
|
|
|
|
|
|
Обробка експериментальних результатів
1. Для трьох значень струмів через напівпровідник розрахувати відповідні значення холлівської різниці потенціалів між точками (3, 6) напівпровідника, скориставшись законом Ома:
Ux=Іх(r+ r3.6).
2. Скориставшись співвідношенням (10), обчислити значення сталої Холла. У цьому випадку:
.
Середнє значення сталої Холла дає можливість визначити концентрацію носіїв струму в напівпровіднику:
,
де q=l,610-19 Кл.
Розрахувати значення питомої електропровідності напівпровідника У цьому випадку:
,
де a, 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 q — елементарний заряд;
n— концентрація носіїв.
Контрольні запитання
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.