文档介绍：霍尔效应与应用设计摘要:随着半导体物理学得迅速发展,霍尔系数与电导率得测量已成为研究半导体材料得主要方法之一。本文主要通过实验测量半导体材料得霍尔系数与电导率可以判断材料得导电类型、载流子浓度、载流子迁移率等主要参数。关键词:霍尔系数,电导率,载流子浓度。引言【实验背景】置于磁场中得载流体,如果电流方向与磁场垂直,则在垂直于电流与磁场得方向会产生一附加得横向电场,称为霍尔效应。如今,霍尔效应不但就是测定半导体材料电学参数得主要手段,而且随着电子技术得发展,利用该效应制成得霍尔器件,由于结构简单、频率响应宽(高达10GHz)、寿命长、可靠性高等优点,已广泛用于非电量测量、自动控制与信息处理等方面.【实验目得】通过实验掌握霍尔效应基本原理,了解霍尔元件得基本结构;学会测量半导体材料得霍尔系数、电导率、迁移率等参数得实验方法与技术;学会用“对称测量法"消除副效应所产生得系统误差得实验方法。、实验内容与数据处理【实验原理】一、霍尔效应原理霍尔效应从本质上讲就是运动得带电粒子在磁场中受洛仑兹力作用而引起得偏转。当带电粒子(电子或空穴)被约束在固体材料中,这种偏转就导致在垂直电流与磁场得方向上产生正负电荷得聚积,从而形成附加得横向电场。,样品两侧电荷得积累就达到平衡,故有图1、霍尔效应原理示意图,a)为N型(电子)b)为P型(孔穴)fefmv-eEHA/ABCISVmA+eEHfefmvISﻩ其中EH称为霍尔电场,就是载流子在电流方向上得平均漂移速度。设试样得宽度为b,厚度为d,载流子浓度为n,则ﻩﻩﻩ比例系数RH=1/ 得符号(或霍尔电压得正负)判断样品得导电类型。由RH求载流子浓度n,即(4)结合电导率得测量,(5)即,测出值即可求。电导率可以通过在零磁场下,测量B、C电极间得电位差为VBC,由下式求得。(6)二、实验中得副效应及其消除方法:在产生霍尔效应得同时,因伴随着多种副效应,以致实验测得得霍尔电极A、A´之间得电压为VH与各副效应电压得叠加值,因此必须设法消除。(1)不等势电压降V0如图2所示,由于测量霍尔电压得A、A´两电极不可能绝对对称地焊在霍尔片得两侧,位置不在一个理想得等势面上,Vo可以通过改变Is得方向予以消除。(2)爱廷豪森效应—热电效应引起得附加电压VE图2图3构成电流得载流子速度不同,又因速度大得载流子得能量大,所以速度大得粒子聚集得一侧温度高于另一侧。电极与半导体之间形成温差电偶,这一温差产生温差电动势VE,如果采用交流电,则由于交流变化快使得爱延好森效应来不及建立,可以减小测量误差。(3)能斯托效应—热磁效应直接引起得附加电压VN在半导体试样上引出测量电极时,,并因温差产生一个温差电动势,结果在Y方向产生附加电势差VN,这就就是能斯脱效应。而VN得符号只与B得方向有关,与Is得方向无关,因此可通过改变B得方向予以消除。(4)里纪—勒杜克效应—热磁效应产生得温差引起得附加电压VRL因载流子得速度统计分布,由能斯脱效应产生得X方向热扩散电热电流也有爱廷豪森效应,在Z得方向磁场B