变温霍尔实验优秀课件.ppt
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1、变温霍尔实验第1页,本讲稿共30页一、引言n1879年美国物理学家霍尔(Hall)在研究通电导体在磁场中受力情况时,发现在垂直于磁场和电流的方向上产生了电动势,这种电磁效应叫做Hall效应。n在半导体材料中,Hall效应比金属中大几个数量级,引起了人们的深入研究。直到现在,Hall效应仍是研究半导体性质的重要实验方法.n通过Hall效应可以得到半导体材料的导电类型、迁移率、载流子浓度等重要参数。n另外,利用Hall效应可以制造测量磁感应强度的特斯拉计和电磁无损探伤器件。第2页,本讲稿共30页二、实验目的n了解半导体中霍尔效应的产生机制。n通过实验数据测量和处理,判别半导体的导电类型,计算室温下
2、样品的霍尔系数、电导率、迁移率和载流子浓度。n掌握变温条件下霍尔系数和电导率的测量方法,了解两者随温度的变化规律。第3页,本讲稿共30页三、实验原理nHall效应是测量半导体载流子参数的重要实验手段。根据半导体导电理论,半导体内部载流子有两种产生机制,分别是本征激发和杂质电离。n本征激发 半导体共价键上的电子受到热激发或光辐照,吸收能量跃迁到导带成为自由电子,同时在价带留下一个导电的空穴,这种由半导体本身靠热激发产生电子-空穴对的过程,称之为本征激发。本征激发过程中电子浓度和空穴浓度应相等。纯净半导体(本征半导体)主要靠本征激发获得一定的导电能力。第4页,本讲稿共30页实验原理n杂质电离 室温
3、条件下,本征半导体的导电性能很差,可以通过掺入受主或施主杂质的方法提高半导体的导电能力。由受主杂质电离提供空穴导电为主的半导体材料称为p型半导体;以施主杂质电离提供电子导电为主的半导体材料称为n型半导体。第5页,本讲稿共30页实验原理第6页,本讲稿共30页实验原理 霍尔电场强度Ey的大小与流经样品的电流密度Jx和磁感应强度Bz的乘积成正比。式中比例系数RH称为“霍尔系数”.下面我们以P型半导体为例,讨论霍尔效应产生的原理,推导、分析霍尔系数的表达式。第7页,本讲稿共30页空穴受力平衡条件霍尔电势由电流和载流子速度关系得到即得到霍尔系数实验原理第8页,本讲稿共30页 对于N型半导体,载流子浓度为
4、n,则其霍尔系数可表示为:实验原理 所以根据霍尔系数的正负,可以判断半导体的导电类型。第9页,本讲稿共30页实验原理 上述模型过于简单.根据半导体输运理论,考虑到载流子速度的统计分布以及载流子在运动中受到散射等因素,在霍尔系数的表达式中还应引入一个霍尔因子A。则霍尔系数应该修正为:第10页,本讲稿共30页实验原理n其中A的大小与散射机理及能带结构有关。n在弱磁场条件下,Si、Ge等常用半导体在室温时,A取为1.18;在较低温度时,A取为1.93n对于高载流子浓度的简并半导体或强磁场条件下,A值取1n对于晶格和电离杂质混合散射情况,一般取文献报道的实验值 第11页,本讲稿共30页实验原理n对于电
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