文档介绍：班级 2 组别_____________
姓名杨戈学号 1080600081
日期_____________ 指导教师__________
【实验题目】霍尔效应
【实验目的】
掌握霍尔效应的原理,霍尔系数和电导率的测量方法
了解霍尔器件的应用并进一步理解半导体的导电机制。
【实验仪器】
样品,磁场部分(直流恒压源),铜-康铜热电偶,数字式电压表测温仪,数字式测量仪表
【实验原理】
半导体内的载流子
根据半导体导电理论,半导体内载流子的产生有两种不同的机构:本证激发和杂质电离
(1)本征激发
半导体材料内共价键上的电子有可能受到热激发后跃迁到导带上,在原共价键上留下一个电子空位——空穴,这个空穴很容易受到邻键上的电子跳过来填补而转移到邻键上。因此半导体内存在参与导电的两种载流子:电子和空穴。这种不受外来杂质的影响由半导体本身靠热激发产生电子-空穴的过程,称为本征激发。
(2)杂质电离
在纯净的第IV族元素半导体材料中,掺入微量III或V族元素杂质,称为半导体掺杂。掺杂后的半导体在温室下的导电性能主要由浅杂质决定。
如果硅材料中掺入微量III族元素(B,Al等),这些第III族原子在晶体中取代部分硅原子位置,与周围硅原子组成共价键时,从邻近硅原子价键上夺取一个电子成为负离子,而在邻近失去一个点的硅原子价键上产生一个空穴,这样满带中的电子激发到禁带中的杂质能级上,使硼原子电离成硼离子,而在满带中留下空穴参与导电,这种过程称为在职电离。产生一个空穴所需的能量称为杂质电离能。这样的杂质叫受主杂质,由受主杂质电离而提供空穴导电为主的半导体材料称为p型半导体。当温度较高时,浅受主杂质几乎完全电离,这时价带中的空穴浓度接近受主杂质浓度。
同理,在IV族元素半导体(硅,锗等)中,掺入微量的V族元素,如磷***等,那么杂质原子与硅原子形成共价键时,多余的一个价电子只受到磷例子的微弱束缚,在温室下这个点子可以脱离束缚使磷原子成为正离子,并向半导体提供一个自由电子。通常把这种向半导体提供一个自由电子而本身成为正离子的杂质称为施主杂质,以施主杂质电离提供电子导电为主的半导体材料叫做n型半导体。
一矩形载流半导体材料如果在与电流垂直方向上施加一磁场B,结果在半导体内与电流和磁场相互垂直的方向上,产生一横向电势差VH,这种现象称为霍尔效应,VH称为霍尔电势。
(1)一种载流子导电的霍尔系数
假设一块厚为a宽为b的n型半导体样品,沿x方向的电流密度为jx,B沿z方向,以平均漂移速度v沿垂直于B的-x方向运动的载流子,受到洛伦兹力FL=q(VxB)的作用,向-y方向偏转,则载流子在边界侧沿y轴方向渐渐积累而建立起一电场EH,对载流子受洛伦兹力的偏转产生一阻力FB=qEH,直到与洛伦兹力相平衡为止。即q(VxB)=qEH。由此可知,合成场于x轴构成一夹角,称为霍尔角。考虑到n型半导体多数载流子是带负电荷的电子,则有q=-e。因此n型半导体中多数载流子平均漂移速度为v=Jx/n(-e)=-Ix/nead
式中n为导带电子浓度,a为样品厚度。因此,霍尔电压VH=EHd=RIxBx/a
式中R为霍尔系数,R=1/pe p为价带空穴浓度。
霍尔系数表达式为R=VHa/IxBx 若测出I,B和V的大小荷方向就可以按上式计算出霍尔系数R