Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Лабник_МЭТ.doc
Скачиваний:
105
Добавлен:
12.11.2019
Размер:
5.06 Mб
Скачать

Теоретические сведения Эффект Холла

Явление возникновения в полупроводнике с текущим по нему током поперечного электрического поля н под действием магнитного поля называют эффектом Холла (рис. 1).

Рис.1. Отклонение носителей заряда под действием магнитного поля в образцах с дырочной (а) и электронной (б) проводимостью: – ток; – магнитное поле; – сила Лоренца; d – дрейфовая скорость носителей; н – поле Холла.

Холл экспериментально установил, что

н ,

где R – коэффициент (или постоянная) Холла, зависящий от свойств образца; - вектор плотности тока.

Для полупроводниковых образцов нужно учитывать, что ток в них переносится электронами и дырками.

Вычисление постоянной Холла R методом кинетического уравнения приводит к выражению

, (1)

где n, n и p, p – концентрации и дрейфовые подвижности соответственно электронов и дырок; е – модуль заряда электрона. Численный коэффициент s в (1) определяется преобладающим механизмом рассеяния (одинаковым для электронов и дырок). Например, известно, что

при рассеянии на тепловых колебаниях решетки;

при рассеянии на ионах примеси.

Для металлов и вырожденных полупроводников s=1. Тогда, как и при классическом рассмотрении эффекта Холла, в полупроводнике n-типа

. (2)

В собственном полупроводнике концентрации свободных электронов и дырок равны, т.е. n=p=ni. Поэтому знак коэффициента Холла Ri в области собственной проводимости

(3)

соответствует знаку носителей с большей подвижностью. Чаще всего знак Ri отрицателен (Ri0), так как обычно подвижность электронов выше подвижности дырок.

Температурная зависимость коэффициента Холла

Температурные зависимости коэффициента Холла для невырожденных примесных полупроводников n- и p-типа различны. В электронном полупроводнике знак коэффициента Холла R(T) отрицателен во всем диапазоне температур и растет с повышением температуры. (Напомним, что при этом убывает).

В дырочном полупроводнике знак R(T) положителен вплоть до температур, отвечающих переходу в область собственной проводимости, когда коэффициент Холла, продолжая уменьшаться, проходит через нуль и меняет знак. Поэтому по экспериментальной кривой R(T) в соответствующем интервале температур можно определить тип примесной проводимости полупроводника и без установления абсолютного значения знака R.

Температурная зависимость R, кроме того, определяется температурной зависимостью n и p. Если показатели степенной зависимости подвижности близки для электронов и дырок, то коэффициент Холла в области собственной проводимости

Ri1/ni(T),

где ; - ширина запрещенной зоны; Nc, Nv – эффективная плотность состояний соответственно в зоне проводимости и валентной зоне, NCT3/2, NVT3/2. Тогда

niT3/2 exp(-Eg/2kT),

Riexp(-Eg/2kT). (4)

Из (4) видно, что температурная зависимость коэффициента Холла в области собственной проводимости может быть использована для определения ширины запрещенной зоны исследуемого полупроводника.