Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Дата Фамилия Группа
Лабораторная работа №90
I.Название работы:
Определение концентрации носителей заряда и подвижности в полупроводниках различного типа.
Цель работы
Измерение концентрации носителей заряда и подвижности в полупроводниках различного типа.
II.Краткое теоретическое обоснование:
Измерение концентрации носителей заряда и их знака можно осуществить, используя эффект Холла. Пусть по проводнику или полупроводнику, имеющему вид прямоугольного параллелепипеда, протекает ток I. Проводник помещён во внешнее магнитное поле, вектор магнитной индукции которого B направлен перпендикулярно направлению тока и боковым граням образца (рис.1). Тогда между электродами, касающимися верхних и нижних граней образца и расположенными на одной эквипотенциальной поверхности, возникает разность потенциалов Δφx . Она обусловлена силой Лоренца
Fл = q [vB], действующий на заряд q, движущийся в магнитном поле B со скоростью v. Носитель заряда смещается к верхней грани образца при выбранных направления тока и магнитного поля. Смещение происходит до тех пор, пока сила, действующая со стороны возникающего в результате разделения знаков электрического поля с напряжённостью E, не уравновесит силу Лоренца:
Учитывая, что плотность тока j = nvq, находим
где n – концентрация носителей заряда. С другой стороны, для однородного электрического поля напряжённость E и разность потенциалов Δφ связаны соотношением
откуда
или, учитывая, что I = jab
Величина 1 / qn называется постоянной Холла и обозначается Rx, тогда
В таком виде формула является общей. Более точный расчёт даёт различные значения Rx для металлов и полупроводников. Для металлических проводников
для полупроводников с носителем заряда одного знака
для полупроводников с электронной и дырочной проводимостью
Определив из опытных данных коэффициент Холла Rx, можем вычислить концентрацию носителей заряда в металлах и полупроводниках с носителем заряда одного знака.
Если известно значение Rx и удельная электропроводимость δ = qnμ, то для полупроводников с носителем заряда одного знака нетрудно найти их подвижность
При проведении измерений с помощью эффекта Холла следует учесть, что изменение направления поля или тока ведет к изменению знака разности потенциалов Δφx. На практике нужно измерение провести дважды с противоположными направлениями поля и тока и взять среднее арифметическое:
Это позволяет исключить всякого рода побочные эффекты, которые сохраняют свой знак при изменении направления поля или тока.
III.Рабочие формулы и единицы измерения.
IV.Схема установки.
V.Измерительные приборы и принадлежности.
• Установка для измерения концентрации и подвижности носителей заряда
VI.Результаты измерения.
|
Измеряемая величина |
Номер измерения |
|||||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
U, B |
0,7 |
0,9 |
1,3 |
2 |
2,2 |
2,6 |
3,2 |
3,4 |
3,8 |
4,1 |
|
I, mA |
0,5 |
0,7 |
1 |
1,5 |
1,7 |
2 |
2,5 |
2,7 |
3 |
3,2 |
|
Δφx, B |
18 |
23 |
31 |
48 |
52 |
63 |
78 |
81 |
97 |
100 |
VII. Черновые записи и вычисления.
Rx1 = (18 / 0,5) • (0,001 / 0,1) = 0,3600 n1 = 9,42 / 8 • 0,3600 • 2,71 = 1,2069
Rx2 = (23 / 0,7) • (0,001 / 0,1) = 0,3286 n2 = 9,42 / 8 • 0,3286 • 2,71 = 1,3224
Rx3 = (31 / 1) • (0,001 / 0,1) = 0,3100 n3= 9,42 / 8 • 0,3100 • 2,71 = 1,4016
Rx4 = (48 / 1,5) • (0,001 / 0,1) = 0,3200 n4= 9,42 / 8 • 0,3200 • 2,71 = 1,3578
Rx5 = (52 / 1,7) • (0,001 / 0,1) = 0,3059 n5= 9,42 / 8 • 0,3059 • 2,71 = 1,4205
Rx6 = (63 / 2) • (0,001 / 0,1) = 0,3150 n6= 9,42 / 8 • 0,3150 • 2,71 = 1,3794
Rx7 = (78 / 2,5) • (0,001 / 0,1) = 0,3120 n7= 9,42 / 8 • 0,3120 • 2,71 = 1,3926
Rx8 = (81 / 2,7) • (0,001 / 0,1) = 0,3000 n8= 9,42 / 8 • 0,3000 • 2,71 = 1,4483
Rx9 = (97 / 3) • (0,001 / 0,1) = 0,3233 n9= 9,42 / 8 • 0,3233 • 2,71 = 1,3438
Rx10 = (100 / 3,2) • (0,001 / 0,1) = 0,3125 n10= 9,42 / 8 • 0,3125 • 2,71 = 1,3904
β = 630 → r = 0,5 δ = 1 / 0,0017 = 588,24
μ1 = 500 • 0,0036 = 180,00 μ6 = 500 • 0,3150 = 157,50
μ2 = 500 • 0,3286 = 164,29 μ7 = 500 • 0,3120 = 156,00
μ3 = 500 • 0,3100 = 155,00 μ8 = 500 • 0,3000 = 150,00
μ4= 500 • 0,3200 = 160,00 μ9 = 500 • 0,3233 = 161,67
μ5= 500 • 0,3059 = 152,94 μ10 = 500 • 0,3125 = 156,25
VIII. Основные выводы.
Измерили концентрацию носителей заряда и подвижности в полупроводниках различного типа.
IX. Графики