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文本内容:
实验名称霍尔组件基本参数测量仪器与用具TH-H霍尔效应实验组合仪实验目的
1、了解霍尔效应实验原理
2、学习“对称法”消除副效应影响的方法
3、测量霍尔系数、确定样品导电类型、计算霍尔组件灵敏度等实验报告内容(原理预习、操作步骤、数据处理、误差分析、思考题解答)【实验原理】通有电流IS的半导体薄片置于与它垂直的磁场B中,在薄片的两测就会产生电势差UH—霍尔电势差,这种现象叫霍尔效应霍尔效应产生的原因,是因为形成电流的载流子在磁场中运动时,受到洛沦兹力F=qv×B的作用正、负电荷在样品两测边界聚集,形成横向电场EH—霍尔电场,产生霍尔电势差UH载流子除受到洛沦兹力F=qv×B的作用外,还受横向电场力Fe=eEH的作用,当受到洛沦兹力与横向电场力大小相等时,即eEH=qv×B样品两测边界聚集的电荷不再变化,达到平衡样品中电流强度IS=nevbd样品中横向电场Eh可认为是匀强电场,则有UH=Ehb==RH()基本参数
1、霍尔系数RH霍尔系数定义RH=由材料的性质载流子密度决定反映材料的霍尔效应强弱由(
4.
7.3)得RH=上式提供了测量霍尔系数RH的方法
2、根据RH的符号判断样品导电类型N、P半导体材料有N型和P型两种,将测的UH、IS、B带入RH=得数为正时,样品为P型半导体,得数为正时,样品为P型半导体
3、件的灵敏度KK=霍尔元件的灵敏度K与载流子浓度n和样品厚度d有关,由于半导体内载流子浓度远小于金属,所以选用半导体材料制作霍尔元件,厚度一般只有
0.2mm
4、载流子浓度nn=上式提供了用霍尔效应实验测量并计算载流子浓度的重要方法
5、电导率σ,迁移率μ σ=1/ρ=
6、消除霍尔元件副效应影响实验中测量的霍尔元件两测的电势差U,除霍尔电势差UH外,还会有一些热磁副效应附加的一些电势差,这些附加电势差的方向与B、IS的方向有关,应用表中对称测量法可基本消除这些影响【操作步骤】
1、按仪器接口名称指示接好线路(注意不要接错,否则会损毁霍尔元件),IS、IM调节旋扭逆时针方向旋到底,开机预热几分钟
2、调节IM=
0.6A并保持不变“功能切换”开关和中间铡刀开关分别扳向“UH”,IS分别取
1.00__、
1.50__、
2.00__、
2.50__、
3.00__、
3.50__,分别测出UH值,每组UH值IS、B方向进行4种组合,分别测出U
1、U
2、U
3、U4值,填入表中
3、调节Is=
0.6A并保持不变“功能切换”开关和中间铡刀开关位置保持不变,IM分别取
0.300A、
0.400A、
0.500A、
0.600A、
0.700A、
0.800A时测出UH,测量数据记入表中
4、在零磁场下(IM输入开关空位),取Im=
1.5__中间铡刀开关置“Uσ”置,分别测量Is正、反方向的Uσ值,记入表中【数据处理】表IM=
0.6AIs/__U1/mVU2/mVU3/__U4/__UH=U1-U2+U3-U4/4+B+Is-B+Is-B-Is+B-Is
1.00-
4.05+
3.96-
3.87+
4.
144.
0051.50-
6.13+
5.95-
5.87+
6.
236.
0452.00-
8.18+
7.91-
7.83+
8.
278.
0482.50-
10.23+
9.87-
9.80+
10.
3410.
0603.00-
12.31+
11.86-
11.77+
12.
3912.
0833.50-
14.35+
13.81-
13.73+
14.
4314.080由上图==
4.023×10-3RH1==
4.02×10-3=
6.67×10-3表Is=
3.00__IM/AU1/mVU2/mVU3/__U4/__UH=U1-U2+U3-U4/4+B+Is-B+Is-B-Is+B-Is
0.300-
6.33+
5.81-
5.73+
6.
356.
0550.400-
8.25+
7.81-
7.73+
8.
358.
0350.500-
10.26+
9.81-
9.73+.
10.
3510.
0390.600-
12.28+
11.84-
11.76+
12.
3812.
0650.700-
14.28+
13.84-
13.76+
14.
3814.
0650.800-
16.30+
15.84-
15.76+
16.
3716.06810—3RH2=
20.08×10—3=
6.92×10-3表Is=
0.15__Is/__Uσ/mV换向前
12.4换向后-
12.5平均
0.1
(1)霍尔系数RHRH=
6.795×10-3
(2)根据RH的符号判断样品导电类型N、P
(3)件的灵敏度K物理实验中心实验名称霍尔组件基本参数测量姓名李昊时间代码0612109876K=
6.795×10-3/
0.5×10-3 =
13.59
(4)载流子浓度nn==1/
6.795×10-3×
1.6×10-19=
9.2×1020
(5)电导率σ σ=1/ρ==
0.15×10-3×3×10- /
0.1×10-3×4×10-3×
0.5×10-3=
2.25×103(1/Ωm)6迁移率μμ=RHσ=
6.795×10-3×
2.25×103=
15.29(1/T)【误差分析】
1、测量仪器精度不够,部分数据只能显示2位有效数字,经运算后产生误差较大
2、做图时精度不够造成误差【思考题】
1、霍尔电压是如何产生的?它的大小、正负与那些因素有关?答形成电流的载流子,在半导体薄片中运动时,受磁场的洛仑兹力作用,向薄片两测发生偏转,两测分别聚集正、副电荷,形成电场,从而产生电势差
2、列出霍尔系数、栽流子浓度、电导率及迁移率的计算公式,注明单位答霍尔系数RH RH=(Ω.m/T)载流子浓度n:n=个/m3电导率σσ=(1/Ω.m)迁移率μμ=RHσ(1/T)【测试题】
1、如何利用霍尔效应实验,判断半导体导电类型(N、P)答伸出左手,让磁感线穿过手心,四指指向电流方向,如姆指指向与霍尔电势差方向相同,则为N型半导体,如姆指指向与霍尔电势差方向相反,则为P型半导体
2、测量霍尔电势差时存在那些副效应影响?如何消除这些影响?答测量霍尔电势差时会产生一些热磁副效应,给测量带来误差,如爱廷豪森效应、能斯托效应等,这些副效应产生的电势差的方向,与IS、B的方向有关可采用对称测量法,分别改变IS、B的方向组合,测出U
1、U
2、U
3、U4,求平均值(绝对值相加),得到UH这样就消除了大部分副效应影响。