变温霍尔效应 实验报告.doc

姓名：aTiaoE-mail：kangyubing@yeah.net PAGE 2 变温霍尔效应实验报告 【实验原理】 霍尔效应和霍尔系数 霍耳效应原理 设一块半导体的x方向上有均匀的电流ＩX流过，在z方向上加有磁场Ｂz，则在这块半导体的y方向上出现一横向电势差，这种现象被称为“霍尔效应”，称为“霍尔电压”，所对应的横向电场称为“霍尔电场”。 实验指出，霍尔电场强度EH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 式中比例系数称为“霍尔系数”。 对于电子、空穴混合导电的情况，在计算时应同时考虑两种载流子在磁场下偏转的效果。对于球形等能面的半导体材料，可以证明： ????? 式中ｂ’＝μn／μp， μn、 μp为电子和空穴的迁移率。 从霍尔系数的表达式可以看出：由的符号（也即的符号）可以判断载流子的类型，正为p型，负为n型（注意，所谓正、负是指在xyz坐标系中相对于y轴方向而言，见图一。Ｉ、Ｂ的正方向分别为x轴、z轴的正方向，则霍尔电场方向为y轴方向。当霍尔电场方向的指向与y正向相同时，则ＵH为正。）；的大小可确定载流子的浓度；还可以结合测得的电导率算出如下定义的霍尔迁移率 的量纲与载流子的迁移率相同，通常为ｃm2／Ｖ·ｓ（厘米2／伏秒），它的大小与载流子的电导迁移率有密切的关系。 霍尔系数可以在实验中测量出来，若采用国际单位制，可得 (m3／Ｃ) 但在半导体学科中习惯采用实用单位制（其中，ｂ：厘米，Ｂz：高斯Ｇs），则 ×108 (ｃm3／Ｃ) 霍尔系数与温度的关系 与载流子浓度之间有反比关系，当温度不变时，载流子浓度不变，不变，而当温度改变时，载流子浓度发生，也随之变化。 实验可以得到||随着温度T变化的曲线。 半导体电阻率 在半导体中若有两种载流子同时存在，其电导率为 实验中电导率可由下式计算 【实验仪器用具】 【实验内容、实验数据以及处理】 霍尔电压的方向和电流的方向、磁场的方向和载流子类型有关，由于存在热电势、电压降等副效应，我们测得不同电流方向和磁场方向下的霍尔电压进而消除副效应。 根据所得数据，做出四次测量所得的霍尔电压随着温度变化的曲线如下图： 为消除副效应，令，根据公式： ,计算得出如下图像 常温下测量霍耳系数 和电导率 选取T=286.55K时的数据 此时 根据，得到 根据 ，得到 变温测量霍尔系数 图像如上图。做出ln（）—1/T的图像如下： 观察后发现与理论图像比较符合，由此说明实验数据比较合理。 【实验中出现的问题以及思考题解答】 误差分析 实验过程中，由于数据处于动态变化过程，所以实验数据存在一定的误差。同时，测量温度时，温度的升降的单向进行可能会有稍许偏差。 注意事项 实验中，若加热功率偏大，可能会烧坏实验原件，并且可能会造成实验数据的量偏少；如果加热功率偏小，则会使得温度上升太慢而耽误大量时间，同时带来量比较大的数据处理。所以应当控制为合适的加热功率。 实验中要使用到液氮进行降温，要防止皮肤直接接触液氮被冻伤，也不能将液氮倒入到不具备隔热效果的密闭容器中以防爆炸。