_2-06

Лабораторная работа № 2-06

«Определение концентрации и подвижности основных носителей заряда в полупроводниках»

Цель работы: определение концентрации и подвижности носителей заряда в полупроводниках на основании измерений эффекта Холла.

Приборы и принадлежности: образец арсенида галлия, электромагнит ЭМ-1, источник постоянного тока, вольтметр.

Краткое теоретическое содержание работы

Одним из наиболее удобных методов изучения полупроводников является эффект Холла. Эффект состоит в возникновении на боковых гранях элемента с током, помещенного в поперечное магнитное поле, разности потенциалов, пропорциональной величине тока I и индукции магнитного поля B:

(1)

где - толщина образца.

Величина называется постоянной, или коэффициентом Холла.

Эффект Холла обусловлен взаимодействием носителей заряда (электронов проводимости и дырок) с магнитным полем. В магнитном поле на электрон действует магнитная сила F= e[B, v], на положительные заряды F= q[B, v] ( v = j / ne – средняя скорость направленного движения носителей в электрическом поле; n-концентрация носителей; e, q-заряды), под действием которой частицы отклоняются в направлении, перпендикулярном j и B.

В результате на боковой грани пластины происходит накопление зарядов и возникает поле Холла . При одном и том же направлении тока на передней грани накапливаются разные по знаку заряды в зависимости от типа носителей.

Постоянная Холла равна . R можно выразить через подвижность носителей заряда или , где - проводимость образца (проводимость арсенида галлия).

Схема экспериментальной установки

Образец (тонкая пластинка м) помещается в магнитном поле. Магнитное поле создает специально созданный электромагнит. В зависимости от тока (напряжения), пропускаемого через обмотку электромагнита, напряженность магнитного поля изменяется в пределах А/м. Проводимость образца арсенида галлия равна

Интенсивность тока, пропускаемого через образец, изменяют от 0,5 до 1 А. Разность потенциалов измеряют цифровым вольтметром с большим входным сопротивлением.

Постоянная Холла равна :

(2)

где

Концентрация носителей n :

(3)

где

Техника эксперимента. Расчетные данные. Таблицы.

1. Ознакомиться с приборами лабораторной установки, изучить их передние панели.

2. Включить источник питания электромагнита, установить ток 600 мА и напряжение 20 В.

3. Включить источник для подачи тока на образец Холла и установить напряжение на нем 2 В.

4. Провести измерения при напряжениях питания электромагнита 10,15,20В и при токах через образец Результаты измерений занести в таблицу 1.

Таблица 1.

10	3,599	4,673		5,834
15	3,815	4,975		6,211
20	4,044	5,287		6,596

5. По графику определить значения напряженности магнитного поля для напряжений источника питания электромагнита 10,15,20 В.

Таблица 2.

10	49,33
15	74
20	98,67

График зависимости

5. По формуле (2) рассчитать значения для всех режимов измерения и определить его среднее значение. Данные занести в таблицу 3.

Расчеты для таблицы 3.

Используя формулу:

; (Постоянная Холла)

где - коэффициент усиления.

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

Таблица 3.

10	41,46	32,25	26,38
15	29,30	22,79	18,64
20	23,29	18,11	14,82
	25,23

6.Далее, рассчитываем концентрацию носителей заряда n в образце арсенида галлия.

(Формула для вычисления концентрации носителей заряда)

;

7.Впоследствии, необходимо определить подвижность носителей заряда в арсениде галлия по формуле , если известно, что .

;

;

Вывод: в ходе проведения данного экспериментального опыта, нам необходимо было провести измерения разности потенциалов и рассчитать полученные данные, на основании измерений эффекта Холла. Нашей задачей являлось определение концентрации и подвижности носителей заряда в полупроводниках. В процессе выполнения работы ознакомились с приборами лабораторной установки. А также наглядно изучили один из методов изучения полупроводников с помощью эффекта Холла.