半導(dǎo)體霍爾系數(shù)與電導(dǎo)率測(cè)量實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、半導(dǎo)體霍爾系數(shù)與電導(dǎo)率測(cè)量1、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1.了解霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)原理以及有關(guān)霍爾器件對(duì)材料要求的知識(shí) 2.測(cè)量試樣的導(dǎo)電類型、載流子濃度以及遷移率2、 實(shí)驗(yàn)原理 霍爾效應(yīng)的測(cè)量是研究半導(dǎo)體性質(zhì)的重要實(shí)驗(yàn)方法。利用霍爾效應(yīng)，可以確定半導(dǎo)體的導(dǎo)電類型和載流子濃度。利用霍爾系數(shù)和電導(dǎo)率的聯(lián)合測(cè)量，可以用來(lái)研究半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)制(本征導(dǎo)電和雜質(zhì)導(dǎo)電)和散射機(jī)制(晶格散射和雜質(zhì)散射)，進(jìn)一步確定半導(dǎo)體的遷移率、禁帶寬度、雜質(zhì)電離能等基本參數(shù)。測(cè)量霍爾系數(shù)隨溫度的變化，可以確定半導(dǎo)體的禁帶寬度、雜質(zhì)電離能及遷移率的特性。1、 霍爾效應(yīng)和霍爾系數(shù)設(shè)一塊半導(dǎo)體的x方向上有均勻的電流流過(guò)，在z方向上加有磁場(chǎng)，則在這

2、塊半導(dǎo)體的y方向上出現(xiàn)一橫向電勢(shì)差，這種現(xiàn)象被稱為“霍爾效應(yīng)”， 稱為“霍爾電壓”，所對(duì)應(yīng)的橫向電場(chǎng)稱為“霍爾電場(chǎng)”?；魻栯妶?chǎng)強(qiáng)度的大小與流經(jīng)樣品的電流密度和磁感應(yīng)強(qiáng)度的乘積成正比：式中比例系數(shù)稱為“霍爾系數(shù)”。半導(dǎo)體樣品的長(zhǎng)、寬、厚分別為l、a、b，半導(dǎo)體載流子（空穴）的濃度為p，它們?cè)陔妶?chǎng)作用下，以平均漂移速度沿x方向運(yùn)動(dòng)，形成電流。在垂直于電場(chǎng)方向上加一磁場(chǎng)，則運(yùn)動(dòng)著的載流子要受到洛侖茲力的作用該洛侖茲力指向-y方向，因此載流子向-y方向偏轉(zhuǎn)，這樣在樣品的左側(cè)面就積累了空穴，從而產(chǎn)生了一個(gè)指向+y方向的電場(chǎng)霍爾電場(chǎng)。當(dāng)該電場(chǎng)對(duì)空穴的作用力q與洛侖茲力相平衡時(shí)，空穴在y方向上所受的合力為零

3、，達(dá)到穩(wěn)態(tài)。在穩(wěn)態(tài)時(shí)，有 ：若是均勻的，則在樣品左、右兩側(cè)面間的電位差：而x方向的電流：由以上的式子得：所以對(duì)p型半導(dǎo)體： n型半導(dǎo)體：所以的計(jì)算式： 3、 實(shí)驗(yàn)儀器 霍爾傳感器，可調(diào)恒流源3.5A，可調(diào)恒流源10mA，電磁線圈5A 4、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.測(cè)量霍爾電壓VH和霍爾電流IS的關(guān)系（1）按要求連接導(dǎo)線。（2）輕輕把霍爾傳感器調(diào)節(jié)到電磁場(chǎng)的磁隙的中間（3）打開所有電源開關(guān)（4）設(shè)置勵(lì)磁電流到某個(gè)值（5）慢慢的增大Is電流，記錄霍爾電壓VH到表中2.測(cè)量霍爾電壓VH和霍爾電流IS的關(guān)系（1）按要求連接導(dǎo)線（2）輕輕地把霍爾傳感器調(diào)節(jié)到電磁場(chǎng)的磁隙中間（3）打開所有電源開關(guān)（4）設(shè)置勵(lì)磁電流到

4、某個(gè)值（5）慢慢增大勵(lì)磁電流，記錄霍爾電壓和磁場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系5、 數(shù)據(jù)結(jié)果六、結(jié)果討論1.測(cè)量誤差來(lái)源可能是測(cè)量磁場(chǎng)時(shí)，特斯拉計(jì)探頭未完全與磁場(chǎng)垂直，即測(cè)出來(lái)的磁感應(yīng)強(qiáng)度偏小。2.在計(jì)算擬合曲線時(shí)，根據(jù)理論公式，應(yīng)采用正比例函數(shù)進(jìn)行擬合。七、霍爾效應(yīng)的應(yīng)用1.測(cè)量半導(dǎo)體導(dǎo)電類型：半導(dǎo)體中的載流子有電子和空穴兩種，根據(jù)霍爾效應(yīng)原理，若某半導(dǎo)體材料中只存在一種載流子，那么，對(duì)P型半導(dǎo)體來(lái)說(shuō)，側(cè)面積累的是空穴，因此帶正電；對(duì)N型半導(dǎo)體來(lái)說(shuō)，側(cè)面積累的是電子，因此帶負(fù)電。由于P型半導(dǎo)體材料與磁場(chǎng)和電流的作用下產(chǎn)生的霍爾電場(chǎng)方向和N型半導(dǎo)體材料相反，即霍爾電壓的符號(hào)相反，因此，可根據(jù)霍爾電壓的符號(hào)判斷半導(dǎo)體的導(dǎo)電類型。2.霍爾傳感器?；魻栐?、霍爾組件、霍爾集成電路等都是以霍爾效應(yīng)原理為基礎(chǔ)制成的，它們統(tǒng)稱為霍爾效應(yīng)磁敏傳感器，簡(jiǎn)稱霍爾傳感器。