Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!
МегаЛекции

Физическая природа эффекта Холла




КАЗАНСКИЙ (ПРИВОЛЖСКИЙ) ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА

ИНСТИТУТ ФИЗИКИ

 

 

ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ

МАТЕРИАЛОВ МЕТОДОМ ЭФФЕКТА ХОЛЛА

 

Методические указания

По выполнению лабораторной работы

Казань 2014


СОДЕРЖАНИЕ

1 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ.................................................................................3

1.1 Физическая природа эффекта Холла................................................................3

1.2 Основные соотношения при исследовании эффекта Холла.........................4

1.3 Концентрация и подвижность носителей заряда.............................................5

2 ОПИСАНИЕ РАБОТЫ СТЕНДА................................................................................9

2.1 Структура автоматизированного лабораторного стенда................................9

2.2 Виды исследований...........................................................................................11

2.3 Измерительный блок.........................................................................................11

3 ОПИСАНИЕ ИНТЕРФЕЙСА ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ.......................................................12

3.1 Основное окно программы................................................................................12

3.2 Окно схемы измерений......................................................................................13

3.3 Управляющие и регистрирующие инструменты..............................................16

3.4 Рабочая тетрадь.................................................................................................20

3.4.1 Таблицы.........................................................................................................21

3.4.2 Формулы.........................................................................................................22

3.4.3 Графики..........................................................................................................24

3.5 Обработка результатов измерений...................................................................25

4 ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ..........................................................................................30

4.1 Определение чувствительности элемента Холла..........................................30

4.2 Исследование полупроводникового материала методом эффекта Холла...30

4.3 Сформировать и отпечатать отчет....................................................................32

5 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ...................................................................................32

ЛИТЕРАТУРА..................................................................................................................33

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Кнопки панели управления и их соответствие командам меню………………..34

Цель работы: исследование электрофизических характеристик полупроводниковых материалов методом эффекта Холла.

 

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ

Если поместить полупроводник, через который протекает электрический или тепловой поток в магнитное поле, то в нём возникают гальваномагнитные и термомагнитные явления.

Гальваномагнитные явления возникают в полупроводниках при одновременном воз-действии электрического и магнитного полей, а термомагнитные явления – при одновременном воздействии магнитного и теплового полей. К гальваномагнитным явлениям относятся эффекты Холла, Эттингсгаузена, а к термомагнитным – эффекты Риги-Ледюка, Нернста-Эттингсгаузена.

В настоящей работе рассматривается эффект Холла, который используется для исследования электрофизических свойств полупроводников. Данный эффект носит имя американского физика Эдвина Холла, который впервые наблюдал его в 1879 году в тонких пластинах золота.

Физическая природа эффекта Холла

Суть эффекта Холла заключается в следующем. При пропускании электрического тока вдоль полупроводника, помещённого в магнитное поле, силовые линии которого направлены перпендикулярно направлению электрического тока, возникает поперечная разность потенциалов, называемая ЭДС Холла.

Рассмотрим полупроводник, например, n -типа электропроводности, имеющий форму параллелепипеда. Пусть электрический ток движется вдоль оси OX. Перпендикулярно направлению электрического тока вдоль оси OZ направлено магнитное поле. Под действием силы, действующей со стороны магнитного поля, электроны будут отклоняться на боковую грань полупроводника. Таким образом, на одной из граней полупроводника будут накапливаться электроны, в результате чего она зарядится отрицательно, а на противоположной грани возникает не скомпенсированный положительный заряд. Это приведёт к образованию поперечного электрического поля напряжённостью Ey, направленного вдоль оси OY (рисунок 1.1). Если электрический ток переносится дырками, то поперечное электрическое поле будет противоположно направлению полю Холла для полупроводника n -типа электропроводности.

На заряд q, который движется в магнитном поле с индукцией B, действует сила Лоренца FЛ, равная FЛ = q [ vх ´ B ], где vх – скорость движения носителей заряда, направленных вдоль оси OX. Так как угол между векторами vх и B равен 90°, то согласно правилу векторного произведения, уравнение для силы Лоренца преобразуется к виду FД = qvх B.

Под действием силы Лоренца, движущиеся электроны отклоняются на одну из боковых граней полупроводника. Процесс накопления носителей заряда продолжается до тех пор, пока сила Лоренца не уравновесится силой, действующей со стороны поперечного

электрического поля. Сила Fэп, действующая со стороны электрического поля на заряд q,

равна Fэп = qEу. Она направлена в сторону, противоположную направлению силы Лоренца.

Рисунок 1.1 – Возникновение эффекта Холла

В состоянии стационарного равновесия сила Лоренца равна силе, действующей со

стороны поперечного электрического поля, Fл = Fэп, т.е. qv хB = qEу. Поделив правую и

левую части этого уравнения на величину заряда электрона (q), получим:  
Eу = vх B (1.1)
   
Поделиться:





Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...