Исследование свойств полупроводников методом эффекта Холла. Абрамов В.Б - 6 стр.

температурная зависимость концентрации носит экспоненциальный характер, её         струменты, необходимые для измерения зависимостей: EDS Σ = f ( B, I ) ,
                              ⎛1⎞                                                  V1 = f (I ) .
строят в координатах ln n = f ⎜ ⎟ . Это позволяет представить зависимость кон-
                              ⎝T ⎠                                                      6. При помощи управляющего инструмента «Ток в образце» установить си-
центрации свободных носителей заряда от температуры в виде совокупности пря-       лу тока, протекающего через исследуемый образец, равной 1 мА, (по указанию
мых линий. Как видно из рис. 2, график разбит на три области.                      преподавателя) значения которого фиксируются «Амперметром».
                                                                                        7. Измерить суммарную ЭДС Холла EDS Σ при помощи вольтметра V2.
                                                                                    EDS Σ представляет собой сумму из двух членов: искомое значение ЭДС Холла,
                                                                                   ЭДС в отсутствии магнитного поля в зазоре электромагнита.
                                                                                        8. Записать результаты измерения в таблицу «Рабочей тетради», нажав
                                                                                   кнопку «Записать».
                                                                                        9. При помощи управляющего инструмента «Ток в катушке» установить
                                                                                   положительное значение силы тока, протекающего через катушку электромагнита.
                                                                                   Значения силы тока, протекающего через катушку, при помощи калибровочной
                                                                                   зависимости в рамках программного обеспечения пересчитываются в значения
                                                                                   индукции магнитного поля В, которое регистрируется инструментом «Индукция»
                                                                                   (например, 0,01 Тл).
                                                                                        10. Измерить суммарную ЭДС Холла при помощи вольтметра V2.
                                                                                        11. Записать результаты измерения в таблицу «Рабочей тетради», нажав
                                                                                   кнопку «Записать».
                                                                                        12. При помощи управляющего инструмента «Ток в катушке» последова-
          Рис. 2. Зависимость концентрации носителей заряда от температуры         тельно установить положительные значения силы тока, протекающего через ка-
    Область I называется областью низких температур. Образование свободных         тушку электромагнита соответствующие положительному значению индукции
носителей заряда происходит за счёт перехода электронов с донорного уровня в       магнитного поля в зазоре электромагнита, от 0,02 до 0,2 Тл (пять – десять значе-
зону проводимости для полупроводника n–типа электропроводности, а для полу-        ний равномерно расположенных в указанном интервале изменения В), измеряя
проводника p–типа электроны переходят из валентной зоны на акцепторный уро-        суммарную ЭДС Холла вольтметром V2 и записывая результаты в таблицу «Рабо-
вень. Энергия активации примесного уровня определяется из уравнения                чей тетради».
                                                                                        13. Проделать п.п 6-12 для силы тока, протекающего через исследуемый об-
                       E A = 2k tg α ,                                       (7)   разец, равной 2 мА, 3,0 мА.
   где k – постоянная Больцмана,
                                                                                      Порядок расчетов и построение графиков
                              ln (n2 ) − ln (n1 )
                       tg α =                     .                          (8)        1. Для осуществления расчетов необходимо открыть окно «построитель
                                   1 1
                                       −                                           выражений», нажать кнопку «Вычислить».
                                  T2 T1
                                                                                        2. Из таблицы определить значения ЭДС Холла в отсутствии магнитного
    Область II – область истощения примеси. Как видно из рисунка, концентрация     поля в зазоре электромагнита EDS (0 B ) для каждого значения тока, протекающего
свободных носителей заряда не зависит от температуры. Это соответствует тому,      через исследуемый образец, и вычесть их из значения суммарной ЭДС Холла
что все электроны с донорного уровня перешли в зону проводимости в полупро-
                                                                                    EDS Σ для текущей индукции магнитного поля B, при соответствующей силе тока,
воднике n-типа электропроводности, а для полупроводников p-типа электропро-
водности заполнены все энергетические состояния на акцепторном уровне элек-        протекающего через исследуемый образец. EDS = EDS Σ − EDS (0 B ) (11)
тронами, перешедшими из валентной зоны. В этой области концентрация свобод-             3. Определить значения постоянной Холла R x для различных значений В и
ных носителей заряда равна концентрации примесных атомов.                          силы тока, протекающего через образец, равной I= 1мА, 2мА, 3 мА по уравнению
    Область III является областью высоких температур. Здесь энергия теплового      (5).
хаотического движения электронов kT соизмерима с величиной запрещённой зоны             4. Определить тип и концентрация свободных носителей заряда по формуле
E g . Поэтому электроны переходят из валентной зоны в зону проводимости, при       (6).
                                                                                        5. Сопротивление исследуемого образца определяется по закону Ома
этом образуются парные носители заряда: электрон и дырка. Ширина запрещён-
   6                                                                                                                                                           31