Методи визначення концентрації вільних носіїв струму в напівпровідниках
Виникнення гальваномагнітних явищ, найважливішими з яких є ефект Холла. Здійснення перерозподілу електричних зарядів у напівпровіднику. Визначення середнього значення дрейфової швидкості носіїв потенціалу. Аналіз розсіювання на заряджених домішках.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | лабораторная работа |
| Язык | украинский |
| Дата добавления | 16.07.2017 |
| Размер файла | 76,8 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Міністерство освіти і науки України
Вінницький національний технічний університет
Кафедра обчислювальної техніки
Лабораторна робота
Виконав
Боднарчук А.В.
Перевірив:
Мельник М.Д
Вінниця 2007
Мета роботи: ознайомитися з одним із методів визначення концентрації вільних носіїв струму в напівпровідниках та встановити їх природу.
Прилади і матеріали: установка для дослідження ефекту Холла в напівпровідниках.
Теоретичні відомості
Сукупна дія магнітного і електричного полів істотно ускладнює картину руху носіїв струму в провідних тілах порівняно з дією лише електричного поля. Якщо в другому випадку має місце їх направлений рух -- дрейф -- з швидкістю, пропорційною , то в першому випадку на дрейфовий рух накладається рух під дією сили Лоренца. У цьому випадку виникають гальваномагнітні явища, найважливішими з яких є ефект Холла.
Явище ефекту Холла полягає в тому, що в провіднику з струмом, розміщеному в зовнішньому магнітному полі виникає електричне поле, напруженість якого перпендикулярна площині, в якій лежать вектори густини струму і індукції магнітного поля. Зупинимось дещо детальніше на механізмі явища ефекту Холла. На рис. 8-2 1 схематично зображений однорідний ізотропний зразок, через який вздовж осі Х протікає струм І.
У додатному напрямку осі Z діє магнітне поле індукції . При відсутності магнітного поля вектор напруженості електричного поля направлений вздовж осі X. У цьому випадку різниця потенціалів між точками А і В рівна 0, оскільки точки А і В лежать на одній еквіпотенціальній поверхні. Під дією магнітного поля в напрямку, перпендикулярному до , та вздовж осі У виникає електричне поле, напруженість якого позначимо через Еу. Напруженість результуючого поля визначається вектором . Поскільки еквіпотенціальні поверхні перпендикулярні до силових ліній, тобто до , то еквіпотенціальна поверхня, яка проходить через точку О, повернеться на кут (р, що зветься кутом Холла. Точки А і В у даному випадку не лежатимуть на одній еквіпотенціальній поверхні, тому між цими точками виникне різниця потенціалів U», яку звуть холлівською.
Розглянемо зразок напівпровідника у вигляді пластинки, розміри якої подано на рис. 8-2 2. Нехай відомо, що провідність напівпровідника монополярна, для прикладу -- діркова. При вибраному напрямку с груму вздовж додатного напрямку осі Х швидкість дірок v при відсутності магнітного поля співпадає з цим напрямком. При наявності магнітного поля на дірку діятиме сила Лоренца, в результаті чого дана дірка, й також всі інші дірки змістяться в сторону верхньої грані напівпровідника. Оскільки напівпрвідник у будь-якому випадку буде електронеитральним, то з протилежної сторони розмістяться від'ємні заряди. У результаті перерозподілу електричних зарядів виникне поперечна різниця потенціалів Ux і поле . Перерозподіл електричних зарядів у напівпровіднику буде здійснюватись до тих ігір, доки електрична сила не стане рівною силі Лоренца Fд: гальваномагнітний електричний заряд напівпровідник
Fд= F
Посильні Fa=qvB, a F=qE, то після підстановки цих значень у рівність (1) знаходимо напруженість холлівського поля:
E=vB
При достатньо великій довжині пластинки крайовими ефектами можна знехтувати, тому, вважаючи, що це поле однорідне, холлівська різниця потенціалів запишеться:
Ux = Еb
або
Uх = vbB
В одержану рівність (4) входить середнє значення дрейфової швидкості носіїв заряду, яку можна визначити з електронної теорії дослідним шляхом:
J = nqv
Звідки
де
Підстановкою (7) в (5) одержуємо:
Звідки
Виключивши із співвідношень (4) і (9) швидкість v, одержуємо кінцевий результат:
У співвідношенні (10) вираз
називають сталою Холла.
Стосовно викладеної вище найпростішої теорії ефекту Холла; слід зробити такі зауваження:
у більш строгій теорії співвідношення (11) слід помножити на число , яке звуть холлівським фактором і яке залежить від особливостей розсіювання дірок і електронів на теплових коливаннях кристалічної ґратки
У випадку розсіювання на заряджених домішках:
При великих концентраціях носіїв заряду =1.
У багатьох випадках, де немає необхідності мати справу з високоточними розрахунками, як і в цій роботі, можна прийняти =1.
Для напівпровідників із змішаною, тобто електронною і дірковою провідністю, під дією сили Лоренца відхиляються як електрони, так і дірки. Кількісне описування цього явища суттєво ускладнюється. Постійна Холла в цьому випадку залежить від концентрації і рухливості носіїв обох знаків, причому вклади електронів і дірок в сукупний ефект -- різного знаку.
Використання ефекту Холла.
1. Вимірюючи знак і значення постійної Холла (11), можна встановити тип носіїв заряду і їх концентрацію. Одночасно вимірюючи питому електропровідність, є можливість визначити цілий ряд фундаментальних характеристик напівпровідників: ступінь чистоти, енергію активації домішок і ширину забороненої зони, відношення рухливості дірок і електронів і їх ефективні маси.
2. Поява холлівської ЕРС використовується в більшості вимірювальних пристроїв і схем автоматики: в магнітометрах (для вимірювання індукції магнітного поля), струмомірах (для вимірювання сили струму, який протікає в кабелях), ватметрах, для перетворення постійного струму в змінний, генерування, модуляції і демодуляції електромагнітних коливань. Для виготовлення холлівських датчиків успішно використовують Ge і Si, однак найкращі результати одержані при * використанні InSb, InAs, InAsxP1-x тощо.
Хід роботи
1. Ознайомтесь з лабораторною установкою і приведіть й в робочий стан, При цьому кремнієвий напівпровідник розміщується між полюсами постійного магніту з індукцією, яка вказується на лабораторній установці. Там же ви знайдете розміри кремнієвого зразка. Електрична схема установки подана на рис. 3.
2. Проведіть вимірювання холлівського струму для трьох значень струму через напівпровідник. Ці та інші необхідні параметри, які є на лабораторній установці, занести до таблиці.
Обробка експериментальних результатів
1. Для трьох значень струмів через напівпровідник розрахувати відповідні значення холлівської різниці потенціалів між точками (3,,, 6) напівпровідника, скориставшись законом Ома:
Ux=Іх(r+ r3.6)
2. Скориставшись співвідношенням (10), обчислите значення сталої Холла. У цьому випадку:
3. Середнє значення сталої Холла дає можливість визначити концентрацію носіїв струму в напівпровіднику:
дe q=l,610-19 Кл.
4. Розрахувати значення питомої електропровідності напівпровідника У цьому випадку:
де a, b, d -- розміри кремнієвого зразка в м;
r1,2 -- опір зразка між точками 1 і 2.
5. Оцінити величину рухливості носіїв (наш напівпровідник має діркову провідність). Тому
де q -- елементарний заряд; n -- концентрація носіїв
Контрольні запитання
1. Електропровідність металів. Надпровідність, магнітні властивості надпровідників.
2. Енергетичні зони в кристалах, розщеплення енергетичних рівнів. Розподіл електронів по енергетичних зонах.
3. Валентна зона, зона провідності в металах, напівпровідниках і діелектриках.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Оцінка ймовірності знайти електрон на рівні Е у власному напівпровіднику при кімнатній температурі. Визначення положення рівня Фермі, розрахунок температурної залежності власної концентрації носіїв заряду у вихідному напівпровіднику та побудова графіка.
контрольная работа [2,8 M], добавлен 18.12.2009Основні властивості неупорядкованих систем (кристалічних бінарних напівпровідникових сполук). Характер взаємодії компонентів, її вплив на зонні параметри та кристалічну структуру сплавів. Електропровідність і ефект Холла. Аналіз механізмів розсіювання.
реферат [558,1 K], добавлен 07.02.2014Введення в електродинаміку уявлення про дискретності електричних зарядів. Визначення напряму вектора сили Лоренца. Траєкторія руху зарядженої частинки. Дія магнітного поля на заряджені частки. Складові вектору швидкості: прямолінійний рух, рух по колу.
презентация [107,8 K], добавлен 27.12.2012Теоретичні та фізичні аспекти проблеми визначення швидкості світла. Основні методи, що застосовуються для її визначення. Історія перших вимірювань. Науковці, які проводили досліди. Фізична основа виникнення та розповсюдження світлу, його хвильова природа.
презентация [359,4 K], добавлен 26.10.2013Діючі значення струму і напруги. Параметри кола змінного струму. Визначення теплового ефекту від змінного струму. Активний опір та потужність в колах змінного струму. Зсув фаз між коливаннями сили струму і напруги. Закон Ома в комплекснiй формi.
контрольная работа [451,3 K], добавлен 21.04.2012Перші дослідження електромагнітних явищ. Проблеми поведінки плазми в лабораторних умовах і в космосі. Взаємодія електричних зарядів і струмів. Методи наукового пізнання. Фахові фронтальні лабораторні роботи, які проводяться під керівництвом викладача.
дипломная работа [2,5 M], добавлен 20.01.2016Напівпровідники як речовини, питомий опір яких має проміжне значення між опором металів і діелектриків. Електричне коло з послідовно увімкнутих джерела струму і гальванометра. Основна відмінність металів від напівпровідників. Домішкова електропровідність.
презентация [775,8 K], добавлен 23.01.2015Фундаментальні закони природи та властивості матерії. Визначення швидкості світла за методом Фізо. Фізичний зміст сталої Планка. Атомна одиниця маси. Формула для середнього квадрата переміщення броунівської частинки. Сталі Больцмана, Фарадея, Віна.
реферат [279,2 K], добавлен 12.12.2013Розрахунок дифузійного p-n переходу. Визначення коефіцієнта дифузії та градієнта концентрацій. Графік розподілу концентрації домішкових атомів у напівпровіднику від глибини залягання шару. Розрахунок вольт-амперної характеристики отриманого переходу.
курсовая работа [675,8 K], добавлен 18.12.2014Історія виникнення фотометричних методів. Класифікація методів за способом трансформування поглиненої енергії. Основні закономірності світлопоглинання. Методика визначення концентрації речовини в розчині. Устаткування для фотометричних вимірів.
реферат [27,1 K], добавлен 12.05.2009Поняття змінного струму. Резистор, котушка індуктивності, конденсатор, потужність в колах змінного струму. Закон Ома для електричного кола змінного струму. Зсув фаз між коливаннями сили струму і напруги. Визначення теплового ефекту від змінного струму.
лекция [637,6 K], добавлен 04.05.2015Схема трифазних кіл, в кожному з яких є трифазний генератор, що створює трифазну симетричну систему і симетричне навантаження. Розрахунок струму у вітках кола. Визначення миттєвого значення напруги між заданими точками, реактивної, повної потужності кола.
контрольная работа [285,1 K], добавлен 13.05.2011Объяснение эффекта Холла с помощью электронной теории. Эффект Холла в ферромагнетиках и полупроводниках. Датчик ЭДС Холла. Угол Холла. Постоянная Холла. Измерение эффекта Холла. Эффект Холла при примесной и собственной проводимости.
курсовая работа [404,9 K], добавлен 06.02.2007Перетворення у схемі; заміна джерела струму на еквівалентне; система рівнянь за законами Кірхгофа. Розрахунок струмів холостого ходу методами двох вузлів, вузлових потенціалів і еквівалентного генератора; їх порівняння. Визначення показань вольтметрів.
курсовая работа [85,3 K], добавлен 30.08.2012Визначення, основні вимоги та класифікація електричних схем. Особливості побудови мереж живлення 6–10 кВ. Визначення активних навантажень споживачів, а також сумарного реактивного і повного. Вибір та визначення координат трансформаторної підстанції.
курсовая работа [492,4 K], добавлен 28.12.2014Розрахунок та дослідження перехідних процесів в однофазній системі регулювання швидкості (ЕРС) двигуна з підлеглим регулювання струму якоря. Параметри скалярної системи керування електроприводом асинхронного двигуна. Перехідні процеси у контурах струму.
курсовая работа [530,2 K], добавлен 21.02.2015Вибір електромагнітних навантажень, визначення головних розмірів, геометричних співвідношень і обмоткових даних. Розрахунок розподілу індукції в технологічному зазорі та струму неробочого руху. Визначення та обґрунтування втрат короткого замикання.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 24.07.2022Визначення методу підсилення пасивації дефектів для покращення оптичних та електричних властивостей напівпровідників. Точкові дефекти в напівпровідниках та їх деформація. Дифузія дефектів та підсилення пасивації дефектів воднем за допомогою ультразвуку.
курсовая работа [312,3 K], добавлен 06.11.2015Характеристика теорії близькодії на відстані, яку почав розвивати англійський фізик Майкл Фарадей, а остаточно завершив Максвелл. Особливості електричного поля нерухомих зарядів, яке називають електростатичним та його потенціалу. Закон постійного струму.
реферат [29,7 K], добавлен 29.04.2010Розрахунок коефіцієнтів двигуна та зворотних зв'язків. Передатна ланка фільтра. Коефіцієнт підсилення тиристорного випрямляча. Реакція контурa струму при ступінчатому впливі 10 В. Реакція контура швидкості з ПІ-регулятором на накиданням навантаження.
лабораторная работа [1,0 M], добавлен 17.05.2014
