文档介绍：霍尔效应
学院:化学工程
姓名:李永翔
摘要
。
学习用“对称测量法〞消除副效应的影响,测量并绘制试样的VH-IM曲线。
确定试样的导电类型、载流子浓度以及迁移率。
学院:化学工程
姓名:李永翔
摘要
。
学习用“对称测量法〞消除副效应的影响,测量并绘制试样的VH-IM曲线。
确定试样的导电类型、载流子浓度以及迁移率。
。
霍尔效应测量方法应用开展前景
引言
霍尔效应在当今科学技术的许多领域都有着广泛的应用,如测量技术、电子技术、自动化技术等。近年来,由于新型半导体材料和低维物理学的开展使得人们对霍尔效应的研究取得了许多突破性进展。德国物理学家克利青()因发现量子霍尔效应而荣获1985年度诺贝尔物理学奖;美籍华裔物理学家崔琦、美籍德裔物理学家施特默()和美国物理学家劳克林()因在发现分数量子霍尔效应方面所作出的杰出奉献而荣获1998年度诺贝尔物理学奖。这一领域因两次授予诺贝尔奖而引起了人们广泛的兴趣,崔琦也成为第六位获得诺贝尔奖的华裔科学家。本文系统阐述了霍尔效应及应用,并详细介绍了国内外有关量子霍尔效应研究的新进展。
一、霍尔效应的原理
将一块半导体或导体材料,沿Z方向加以磁场,沿X方向通以工作电流I,那么在Y方向产生出电动势,如图1所示,这现象称为霍尔效应。称为霍尔电压。
(a)(b)
图1霍尔效应原理图
实验说明,在磁场不太强时,电位差与电流强度I和磁感应强度B成正比,与板的厚度d成反比,即
(1)
(2)式〔1〕中称为霍尔系数,式〔2〕中称为霍尔元件的灵敏度,单位为mv/(mA·T)。产生霍尔效应的原因是形成电流的作定向运动的带电粒子即载流子〔N型半导体中的载流子是带负电荷的电子,P型半导体中的载流子是带正电荷的空穴〕在磁场中所受到的洛仑兹力作用而产生的。
如图1〔a〕所示,一快长为l、宽为b、厚为d的N型单晶薄片,置于沿Z轴方向的磁场中,在X轴方向通以电流I,那么其中的载流子——电子所受到的洛仑兹力为
(3)
式中为电子的漂移运动速度,其方向沿X轴的负方向。e为电子的电荷量。指向Y轴的负方向。自由电子受力偏转的结果,向A侧面积聚,同时在B侧面上出现同数量的正电荷,在两侧面间形成一个沿Y轴负方向上的横向电场〔即霍尔电场〕,使运动电子受到一个沿Y轴正方向的电场力,A、B面之间的电位差为〔即霍尔电压〕,那么(4)
将阻碍电荷的积聚,最后达稳定状态时有
即
得(5)
此时B端电位高于A端电位。
假设N型单晶中的电子浓度为n,那么流过样片横截面的电流
I=nebdV
得(6)
将(6)式代入(5)式得
(7)
式中称为霍尔系数,它表示材料产生霍尔效应的本领大小;称为霍尔元件的灵敏度,一般地说,愈大愈好,以便获得较大的霍尔电压。因和载流子浓度n成反比,而半导体的载流子浓度远比金属的载流子浓度小,所以采用半导体材料作霍尔元件灵敏度较高。又因和样品厚度d成反比,所以霍尔片都切得很薄,一般d≈。
上面讨论的是N型半导体样品产生的霍尔效应,B侧面电位比