微電子學(xué)綜合實驗指導(dǎo)書(實驗1)剖析

體霍爾效應(yīng)3.掌握判斷半導(dǎo)體導(dǎo)電類型，學(xué)會測量半導(dǎo)體材料的霍爾系數(shù)、電導(dǎo)率、載流子濃度、漂移遷移率及霍爾遷移率的實驗方法。X將一塊寬為2a，厚為d，長為b的半導(dǎo)體樣品，在X方向通以均勻電流I，Z方向上加有均勻X表示，這種現(xiàn)象就稱為霍爾效應(yīng)。YX與霍爾電勢對應(yīng)的電場，叫做霍爾電場，用E表示，其大小與電流密度JYX(1)HHE=E=HY2aJ=XX2ad霍爾效應(yīng)的物理意義可做如下解釋：半導(dǎo)體中的電流是載流子(電子或空穴)的定向動動引起的，一人以速度υx運(yùn)動的載流子，將受到淪侖茲力fB=eυxBZ的作用，使載流子沿虛線方Y(jié)Y的靜電作用力fE=eEY,它與磁場對運(yùn)動載流子的淪侖茲力fB大小相等，電荷就能無偏離地YY有所以(2)xZYeυ(2)xZYXX1(3)E=.J.(3)Yn.eXZ將(3)式與(1)式比較，可得：RH1=(4)型(既載流子為空穴)半導(dǎo)體制成的，則RH=1/(pe)，其中p為空穴的濃度。U圖I8U=U=xz=H.IB=KIBn.e.ddXZHXZ由(3)式得：IBRAT所以RH=KH·d(6)HZ如果霍爾元件的靈敏度K已經(jīng)測定，就可以用式(5)來測量未知磁場HZB=UHZKIHX HHHH的類型。反之，如果知道載流子的類型和工作電流方向，就可以判定磁場的方向。概據(jù)半導(dǎo)體物理性質(zhì)可知，載流子在半導(dǎo)體中運(yùn)動時，它將不斷地得到散射，HR還必須用半導(dǎo)體物理理論加以適當(dāng)修正，即H1H式中a為一個偏離1不大的因子，它與半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)和散射機(jī)理有關(guān)，具體地說，對的非簡并半導(dǎo)體來說：長聲學(xué)波散射時(晶格散射)以μ以μ對高度簡并化的半導(dǎo)體a=1此式與(8)式比較，可得R=aHNN叫做霍爾遷移率NHH(10)a=HN(11)面)晶格散射時8(12)=R.(12)被測樣品是一塊有6根引線電極的N型半導(dǎo)體(如圖1.4)，為了減小不等位電勢的影響，電位X流電極6、5間(即X方向)通以工作電流I，由數(shù)字電壓表測出(1、3)或(2、4)間的霍X爾電壓UH和(2、1)、(4、3)間的電位差U21、U43。XXXX=JX=IX(2a.d)=I.LX2121EUL2a.d.UX212121=JX=IX(2a.d)=I.LX4343EUL2a.d.UX434343+=21432(13)這樣，我們可以根據(jù)式(7)、(13)、(6)、(12)、(10)、(9)分別算出磁感應(yīng)強(qiáng)度BZ、電的焦耳熱，因而樣品兩端溫度不同，結(jié)果有熱流過樣品，使樣品內(nèi)的溫度分布存在著梯度。若各電位電極 (1~4)與樣品接觸處的溫度具有不同值，就會在電極(2、4)或(1、3)間產(chǎn)生溫差電勢。處于磁場的樣品，當(dāng)有溫度梯度存在時，還將產(chǎn)生幾種新的效應(yīng)：愛廷豪森效應(yīng)，能斯特效應(yīng)和U=1[U=1[U(1)X位置的不對稱，即使不存在磁場，當(dāng)電流I通過樣品時，(1、3)、(2、4)兩端也會處在不同X為了減小測量時伴隨的各種副效應(yīng)消除不等位電壓，取電流和磁場的方向四種不同組合，HHHH對電位電極(1、3)或(2、4)間電壓進(jìn)行四次測量，用U(1)，U(2)，U(3HHHH分別表示(+BZ，+IX)組合、(+BZ，-IX)組合、(-BZ，-IX)組合和(-BZ，+IX)組合時的測量結(jié)果，最后取H4H]+U(2)+U(3)+U(4)]HHH(14)本實驗采用HL—6A霍爾效應(yīng)實驗儀。該儀器由兩部分組成。第一部份為實驗儀：由電磁鐵、霍爾元件、四個換向開關(guān)組成；第二部份為測試儀：有兩路直mV實驗接線圖如圖5。1.判斷半導(dǎo)體無件的導(dǎo)電類型4)合上K3或K4，用200mV數(shù)字電壓表測出霍爾電壓，并確定(1、3)或(2、4)霍爾電類型。2.測量電磁鐵的磁感應(yīng)強(qiáng)度壓輸出顯示未超量程時，可將工作電流或勵磁電流調(diào)小)。ZZHHZZZZXH4.研究工作電流I與霍爾電壓UXH保持電磁鐵的勵磁電流為一定值不變，霍爾元件置于電磁鐵的氣隙中部，將霍爾元件的工XHXH作電流I，縱坐標(biāo)為霍爾電壓U，繪出XHXHBZ究勵磁電流I與磁感應(yīng)強(qiáng)度BZZBZBZZBZB