Описание установки и метода измерений
В работе используется установка для изучения эффекта Холла, представленная на рис. 2, состоящая из объекта исследования и измерительного устройства.
Рис. 2 Установка для изучения эффекта Холла.
1 - кнопка "ЭЛЕКТРО-МАГНИТ"
2 - кнопка "ДАТ. ХОЛЛА"
3 - регулятор тока через датчик Холла
4 - регулятор тока через электромагнит
Электрическая схема установки приведена на рис. 3.
Рис. 3. Схема установки.
Датчик Холла представляет собой пленку из легированного (с добавлением определенной примеси) полупроводникового материала. Геометрические размеры датчика Холла:
толщина d = 35 мкм,
ширина a = 31 мкм,
длина l = 45 мкм.
Коэффициент пропорциональности между током через электромагнит Iэ/м, который включен в схему установки, и индукцией создаваемого им магнитного поля составляет f = 2,48 Тл/А, т.е.
(13)
Из формулы (8) видно, что при фиксированном значении индукции магнитного поля B (т.е. при фиксированном значении тока через электромагнит) ВАХ будет иметь линейный вид (рис. 4).
Рис. 4. Вольтамперная характеристика (ВАХ) датчика Холла
для двух значений индукции магнитного поля.
Отношение тока
через датчик Холла к величине холловской
разности потенциалов можно, как показывает
построенный график, равен
,
где
-
угол наклона соответствующей кривой.
Следовательно, рабочая формула для
расчета константы Холла имеет вид:
(14)
Порядок выполнения работы
1. Включите блок управления (тумблер включения находится на задней панели измерительного устройства).
2. Установите регуляторы тока через датчик Холла (3) и тока электромагнита (4) в крайнее левое положение.
3. Установите режим измерения тока через электромагнит кнопкой "ЭЛЕКТРОМАГНИТ" (1).
4. Установите с помощью регулятора (4) на индикаторе "ТОК (мА)" отрицательное значение тока через электромагнит Iэ/м= -5 ÷ -8 мА. Рассчитать величину индукции магнитного поля В по формуле (), записать результат в таблицу 1.
5. Установить режим измерения тока через датчик Холла кнопкой "ДАТ. ХОЛЛА" (2).
6. Меняя ток через датчик Холла с помощью регулятора (3) с интервалом ~ 3 мА во всем диапазоне измерений (от ~ -10,0 до ~ +10,0 мА), снимите показания тока через датчик Холла по индикатору "ТОК, мА" и соответствующие им значения ЭДС Холла по индикатору "ЭДС Холла, В". Полученные результаты запишите в таблицу 1. Регулятор тока через Датчик Холла (3) вернуть в крайнее левое положение.
Таблица 1.
|
№ пп |
Iэ/м= , мА |
Iэ/м= , мА |
||
|
В = |
В = |
|||
|
Iчерез датчик, мА |
Δφхолла, В |
Iчерез датчик, мА |
Δφхолла, В |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
... |
|
|
|
|
|
9 |
|
|
|
|
|
|
R = |
R = |
||
|
|
Rср |
|||
7. Установите режим измерения тока через электромагнит кнопкой "ЭЛЕКТРОМАГНИТ" (1).
8. Установите с помощью регулятора (4) на индикаторе "ТОК (мА)" положительное значение тока через электромагнит Iэ/м= +5 ÷ +8 мА. Запишите данные в таблицу 1. Рассчитать величину индукции магнитного поля В по формуле (), записать результат в таблицу 1.
9. Повторить действия пунктов 5 - 6 для положительного значения тока Iэ/м.
10. По результатам полученных данных, занесенных в таблицу, построить для отрицательного и положительного значений тока через электромагнит зависимости ЭДС Холла Δφхолла от величины тока через датчик Iчерез датчик.
11. Определить тангенс угла наклона прямых для различных значений тока через электромагнит. Рассчитать по формуле (9) коэффициент Холла для обоих значений токов через электромагнит. Получить среднее арифметическое Rср. Определить тип проводимости исследуемого образца.
12. Используя формулу (10), рассчитать концентрацию основных носителей заряда в исследуемом полупроводнике.
Контрольные вопросы
1. Как объяснить эффект Холла? От чего зависит ЭДС Холла?
2. От чего и как зависит знак постоянной Холла?
3. Какие электрофизические свойства полупроводников можно исследовать с помощью эффекта Холла?
4. Электропроводность в металлах и полупроводниках p- и n- типа.
5. Каково практическое применение эффекта Холла?
6. Определить понятие «подвижность носителей заряда». Как связана подвижность носителей заряда с электропроводностью вещества?
Методические указания
к лабораторному практикуму по физике твердого тела
Составители:
Железный Владимир Сменович
Косякова Екатерина Александровна
В авторской редакции
Компьютерный набор Е.А. Косякова
Подписано в печать
Формат 60-84/16. Бумага для множительных аппаратов.
Усл. печ. л. 2,4. Уч.-изд. л. Тираж 250 экз. “С” 204.
Зак. №
Воронежский государственный технический
университет 394026 Воронеж, Московский проспект., 14