Лабораторная работа ИсследованиеэффектаХ полупроводнике
 Скачать 158.26 Kb.
|
|
ЗАО «Санкт-Петербургские инструменты Лабораторная работа «ИсследованиеэффектаХ полупроводнике » Описаниеиметодическиеуказания 2009 г. г . Санкт-Петербург Петербургские инструменты» Лабораторная работа олла в Описание и методические указания. 2 Лабораторная работа«ИсследованиеэффектаХоллав полупроводнике » Цельработы: изучение действия магнитного поля на движущиеся заряды в полупроводнике, с электронным типом проводимости, определение постоянной Холла, концентрации и подвижности носителей заряда. Приборы и принадлежности: специальная измерительная установка с источником магнитного поля (электромагнит -ЭМ) и датчиком Холла. Установка для исследования эффекта Холла, электрическая схема которой представлена на рис. 1, состоит из датчика Холла ДХ, выполненного в виде пленки, напыленной на подложку из диэлектрика с четырьмя электродами для подведения электрического тока и съема разности потенциалов Холла; электромагнита ЭМ − состоящего из соосной системы двух круговых катушек с током, расположенных на сердечнике из магнитомягкого материала; источников питания Е1иЕ2; переменных резисторов R1«ТокДХ», позволяющего изменять ток I 1 через ДХиR2 «ТокЭМ», регулирующий силу тока I 2 через электромагнит; миллиамперметра mA «Ток ДХ», амперметра A «Ток ЭМ», вольтметраV«U х »и операционного усилителя ОУ. ЭМ создают магнитное поле, возбуждаемое током от источника Е2. рис.1 mA V1 V2 R1 R2 E1 E2 ОУ ЭМ ЭМ ДХ 1 2 R 3 Исследуемыезакономерности ЭффектХолла. Если вдоль пластины полупроводника, помещенной поперек магнитных силовых линий В, протекает электрический ток силой I, то на заряженную частицу, движущуюся со скоростью v , будет действовать сила Лоренца B v e F × = в направлении, перпендикулярном к полю и току. В результате между гранями с электродами 1 и 2 появится поперечное электрическое поле x F E v B e = = (1) (эффект Холла). Между электродами 1,2 создается разность потенциалов Холла. x x U E b = (2) При этом знак разности потенциалов определяет тип носителей токав материале полупроводника. В используемом датчике Холла носителями тока являются электроны. Замечая, что сила тока I nbe v d = (3) n − концентрация носителей тока в полупроводнике, и решая совместно (1), (2) и (3), получим d IB R d IB ne U x = = 1 где константа ne R 1 = (5) называется постоянная Холла. Определив величину R, можно с помощью (5) найти концентрацию носителей тока n, а по знаку U x установить тип проводимости полупроводника − электронный или дырочный. Зная удельную электропроводность полупроводника σ, можно найти подвижность носителей тока, действительно, плотность тока 4 j ne v ne E µ = = где Е − продольная составляющая электрического поля. Таким образом, σ j ne E µ = = , следовательно σ R µ = (6) Магнитное полеЭМв центре симметрии определяется по формуле 2 I а B B н × + = (7) где , В н - начальная индукция магнитного поля сердечника электромагнита, I 2 − сила тока (А),а – коэффициент пропорциональности в диапазоне сил тока в электромагните от 0,1А до 1 А. Необходимые параметры для расчетов указаны на панели установки. Заданиепоподготовкекработе При подготовке к работе учащийся должен 1) изучить описание работы и продумать ответы на контрольные вопросы; 2) подготовить общую часть отчета по лабораторной работе, содержащую титульный лист, краткое описание исследуемых закономерностей, задачи эксперимента, описание (схема или эскиз) лабораторной установки и методики проведения эксперимента; 3) подготовить протокол наблюдений с соответствующими таблицами. Указанияпопроведениюнаблюдений 1. На мультиметрах установите следующие пределы измерений: «V1» - «20VDC»; «I1» - «200 mADC»; «I2» - «20VDC». 2. Потенциометр«ТокДХ»выведите в крайнее левое положение. 3. Потенциометр «ТокЭМ» выведите в крайнее левое положение. 4. Включитеустановку. При этом включаются источники питания Е1 и Е2. 5. Потенциометр «ТокЭМ»установите ток I 2 через электромагнит равным 0,5A. 5 6. Установите токI 1 через ДХ равным 7,5 мАс помощью потенциометра. 7. Прогрейте установку в течении 15 минут. 8. Потенциометр «ТокЭМ»выведите в крайнее левое положение. 9. Изменяя силу тока I 2 через катушки ЭМ снимите зависимость ( ) 2 1 I f U = , фиксируя не менее 7 значений тока I 2 10.Измерения по п. п. 8 и 9 проведите для 5 значений тока I 1 через ДХв диапазонеот 2 мАдо 10 мА. Заданиепообработкерезультатов 1.Рассчитайте значения U x по формуле Ux=U/к, где к – коэффициент усиления операционного усилителя. Значение индукции магнитного поля В вычислите по формуле 7. Постройте семейство зависимостей ( ) B f U x = для разных токах I 1 , откладывая по оси x U разность потенциалов в вольтах, а по оси В − индукцию магнитного поля в Теслах, вычисленную по формуле 7. 2.По величине углового коэффициента полученных прямых рассчитайте среднеезначение и доверительную погрешность постоянной ХоллаR. 3. Вычислите концентрацию пносителей тока в полупроводнике и их подвижностьµ. |