Лабораторна робота № 27.

Дослідження властивостей напівпровідників методом ефекту Холла.

Перед виконанням цієї роботи, необхідно вивчити теоретичний матеріал з розділу 5.7.

Опис пристроїв для проведення експерименту.

Схема вимірювання питомого опору зразка і холлівської різниці потенціалів зображена на рис.5.19

Тут Зр. – досліджуваний зразок; 1 – зонд для вимірювання холлівської напруги; 2 – зонд для вимірювання питомого опору. Зразки, на яких проводяться вимірювання, мають форму паралелепіпеда і закріплені на спеціальному держаку.

Зонди для вимірювання питомого опору та холлівської напруги припаюють до зразка припоєм, підібраним так, щоб зменшити перехідний опір. Але, щоб по практично виключити його вплив, спад напруги між зондами треба вимірювати методом компенсації. Для цього використовується потенціометр ППТВ-1 /опис компенсаційної схеми і порядок вимірювання див. у заводській інструкції/.

Вимірювання фізичних величин

При експериментальному дослідженні, ефекту Холла необхідно врахувати, що при зміні напрямку струму поперечна різниця потенціалів також повинна змінювати знак. Ця обставина дозволяє легко відрізнити сам ефект Холла від інших ефектів, коли при зміні напрямку поля знак поперечної різниці потенціалів не змінюється. При вимірюванні поперечної (Холлівської) різниці потенціалів необхідно щоб зонди 1 – 1 були розміщені в одній еквіпотенціальній площині. Проте при проведенні експерименту практично неможливо встановити вимірювальні зонди так, щоб вони були розміщені строго в еквіпотенціальній площині. Тому провівши вимірювання, крім Холлівської різниці потенціалів , отримаємо також спад напруги на опорі матеріалу провідника між зондами. Особливо відчутною є ця величина при дослідженні напівпровідників, питомий опір яких значно більший, ніж у металів. У зв'язку з цим для виключення можливої помилки, необхідно завжди проводити виміри при двох протилежних напрямках протікання струму. Якщо при прямому протіканні струму вимірювання дають значення

, (5.57)

а при зворотному протіканні струму

, (5.58)

де - всі інші спади напруг, то за формулами (5.57) і (5.58) отримаємо вираз

, (5.59)

в якому всі побічні ефекти виключаються.

Таким чином, в роботі необхідно:

1. Визначити питомий опір напівпровідника(ρ), скориставшись формулою (5.18).

2. Виміряти холлівську різницю потенціалів, змінюючи напрямки струму. Для розрахунку використати формулу (5.59).

3. Розрахувати за формулами: (5.12) сталу Холла , (5.17) концентрацію носіїв заряду , (5.18) - рухливість носіїв струму даного напівпровідникового матеріалу.

4. Результати занести у таблицю, зробити висновки.

Контрольні запитання

1. Пояснити фізичну суть ефекту Холла.

2. Які величини можна визначити, знаючи константу Холла?

3. Від чого залежить холлівська різниця потенціалів? Порівняти її для металів і напівпровідників.

4. Як залежить холлівська різниця потенціалів від взаємного напрямку електричного струму в зразку і індукції магнітного поля?

Техніка безпеки

Прибрати з зони магніту металеві предмети і прилади (годинник), які можуть намагнічуватись.

Розділ 6.