第十二章半导体磁阻效应十二章半导体磁阻效应.pptVIP

* * * * * * * n型半导体 饱和区：载流子主要由杂质电离贡献，即 此时有 本征区：随着T的升高， 逐渐变大， 且 逐渐变小。 测定载流子的浓度和迁移率 n型和p型半导体的霍尔电场方向相反，故霍尔系数的符号是相反的，由此可以来判断半导体的类型；通过测得的RH 与可以求得载流子的浓度；在测出电导，可以得到霍尔迁移率。 根据电导和载流子浓度的测量结果，与理论计算的结果比较，可以会的带隙宽度、杂质电离能和杂质浓度等信息。 Bz d b VH I l z y x + _ 制作霍尔器件 选用迁移率高的半导体材料，在同样电场作用下，漂移速度大，加磁场后载流子受到的洛伦磁力大，霍耳效应明显。 常选用锑化铟 、砷化铟 、锗 作霍尔器件。 霍尔广泛用于电磁测量、压力、加速度、振动等方面的测量，频率响应宽，寿命长，可靠性高。 物理磁阻效应 几何磁阻效应 磁阻效应的应用 由于磁场的存在引起电阻的增加，称这种效应为磁阻效应。 以下我们只讨论横向磁阻效应 按电磁场的关系分类 纵向磁阻效应： B//E，磁阻变化小，不产生霍尔电场VH 横向磁阻效应： B?E，磁阻变化明显，产生VH 由于电阻率?变化引起的R变化 物理磁阻效应 由于几何尺寸l/s的变化引起的R变化 几何磁阻效应 按机理分类 如图，若不计及载流子的速度分布，则稳定时全部载流子以Vx的速度沿电场方向运动，则没有表现出横向磁阻效应。 若计及载流子的速度分布，则当载流子速度V大于或者小于Vx时，速度会横向分量，因此受到受到散射的概率变大，导致垂直方向的电流变小，因此产生了横向磁阻效应。 Ex vx f qEy V＜Vx V＞Vx Bz Ey 空穴在磁场作用下的运动 类比：质谱仪 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . - + 速度选择器 照相底片 质谱仪的示意图 B’ 通常用电阻率的相对改变来形容磁阻，则磁阻的大小为： 当磁场不太强时，即 时，对于等能面为球面的非简并半导体，一种载流子导电时，可以得到: 其中 为横向磁阻系数，同载流子平均自由程的分布情况有关其值为 对于长声学波散射， ，对于电离杂质散射，则 ， 时，不显示横向磁阻效应。 若同时考虑两种载流子的运动，即使不计及载流子速度的统计分布，也显示出横向磁阻效应。 其中 J Jp Jn (a) Jn Jp (b) J Bz Bz=0，E=Ex b Bz?0 且 l/b1 J E E J l Bz?0 且 l/b1 Bz?0 且 l/b1 l b 霍尔效应明显的样品，磁阻效应就小，反之，霍尔电压较小的样品，磁阻就大。 科比诺圆盘在磁场强度为B时，电阻为： 科比诺圆盘 利用磁阻效应可以制作半导体磁敏电阻 磁阻大小同霍尔角有关，霍尔角越大则磁阻效应越明显。 迁移率越大，霍尔角越大，所以常选用InSb（ ），InAs等高迁移率的材料制造磁敏电阻。 朗道能级 带间磁光吸收 载流子在强磁场中运动时，将绕磁场做回旋的螺旋运动，回旋频率为 哈顿量为 当磁场很强且温度很低时，载流子的运动将出现量子化效应，在垂直于磁场方向的平面内的运动是量子化的，与磁场垂直的方向运动则还是连续的。因此能带中的电子状态重新分布形成若干个子带，这些子带称为朗道能级。 量子化的电子的能量为（忽略了自旋项） 能级的间距为 ，只有当 时量子化效应才明显，即当B满足下式时，量子化效应才明显。 设 ，T=4.2K,则B3.5T。所以即使在 T=4.2K时也需要好几个T的强磁场才能观察到朗道能级分裂。 Kz n=0 n=1 n=2 在磁场下形成朗道子带后，材料将对光吸收产生影响。 如图，入射光子的能量必须满足 才能发生本征吸收