2.4.1. Эффект Холла при исследовании электропроводности. Датчик Холла.(usa)

Электропроводность δ

Для истинных п/п δ=e*n*_i(M?_n+M?_p)

Для п/п n-типа δ_n=e*M?_n*n_n

Для п/п p-типа δ_p=e*M?_p*p_p

Сам Э.Х. заключается в следующем: если ввести в магнитное поле Н п/п с током I, то в поперечном току направлении возникает разность потенциалов.

Это объясняется действием Н на частицу е (со скоростьюV и зарядом q) силой F F=μHVq, где μ магнитная проницаемость и ток течет поперек. Заряды скапливаются на поверхности, создавая разность потенциалов U_i. Знак возникающей U_i зависит только от знака носителей заряда, т.к. отклонение U_i полем Н в одну сторону, что +q, что –q, т.к. они движутся встречно при токе в п/п.

Датчиком Холла можно определить

- тип проводимости примесного проводника (знак носителя тока)

• физические величины, однозначно зависящие от напряжения магнитного поля Н (магнитометры, перемножители и т.п.)

Е_в=R[B,I], где В - магнитная индукция, I- плотность тока, R- постоянная Холла.

H где B –магнитная индукция

I I –плотность тока

R –постоянная Холла

для n R<0; для p R>0.

U_i

U

2.4.2. Физические явления в твердых телах п/п и их исследование.

Эффект Ганна (1963 г.) в п/п на примере GaAs.

В большинстве п/п структур наблюдается постоянство проводимости и подвижности носителей заряда, а так же предполагается линейная зависимость плотности тока I и скорости дрейфа V от напряженности поля Е:

I=δЕ и V=μE

Для некоторых п/п веществ, например GaAs, энергетические характеристики кристалла могут меняться. Физики говорят о наличии ‘нижней (основной) глубины долины’ где μ₁=5000 см²/в*с m₁=0.07m₀ от Е=0 и ‘верхней долины’ плоской, где μ₂=100 см²/вс

m_{2 эфф}=1.2m₀ от Е>E_const при разности их энергетических уровней δW=0,36ЭВ при этом δW<ΔW

I I₁=en₀μ₁E

I₂=en₀μ₂E

Е

Тогда ?? интервал перехода с одной зависимости к другой. Ганн обнаружил это явление, объяснив наличие падающего участка характеристики: ’отрицательная проводимость’ (сопротивление)

ΔE увеличивается; ΔI уменьшается; ΔU=-ΔIΔR или ΔI/ΔU=-δ

Практическое значение эффекта Ганна – использование падающего участка ВАХ в генераторах и усилителях СВЧ. Для получения такой ВАХ надо выполнить ряд условий (t стремится к t_min, m_1эфф<<m_{2 эфф} δW<<ΔW). Тогда μ=dV/dE<0 приведет к образованию ‘домена’, идущего от катода к аноду. После достижения им анода катод эмитирует следующий домен и т. д.

2.4.3.Квантово-механический туннельный эффект Есаки (1958 г.)

При очень сильном легировании п/п возможна проводимость, основной вклад в которую дает туннельный ток, обусловленный квантово-механическим эффектом. Выкладки весьма громоздки, однако результаты в виде ВАХ показательны. Особенно для полевых транзисторов и диодов Есаки с p-n переходом высоких концентраций:

I[мА]

1

0.5 U[мВ]

0 200 400

Туннельный ток пропорционален вероятности прохождения и числу частиц, соударяющихся с поверхностью. Широко применяемые генераторы СВЧ имеют очень узкий участок ΔU, поэтому надо точно выставлять напряжение питания, иначе генерации не будет.