lab4:эксперимент42

Задание

  1. Соберите схему задав направление тока через образец (выводы 1, 2) и направление магнитного поля, по знаку ЭДС Холла (выводы 3, 4 — выходят из датчика и напрямую подключатся ко второму входу USB осциллографа АКИП-72205А) определите тип проводимости полупроводника. Изменив направление тока или положение образца, убедитесь, что $U_{34} > U_{доп} $ и Ваш вывод верен.
  2. Для вычисления протекающего через датчик тока воспользуйтесь стрелочным амперметром включенным в цепь датчика. Он показывает среднеквадратичное значение переменного тока. Полученные напряжения по первому каналу осциллографа пропорциональны этому току.
  3. Запишите зависимость $U_{34}(I)$ при различных (не менее трех) значениях магнитного поля и для остаточного магнитного поля (ток через катушки электромагнита равен нулю). Постройте графики зависимости $U_{34}(I),$ отделив $U_{34}$ от $U_{доп}$ во всех измерениях.
  4. Используя полученные графики и уравнение для $U_H$, определите концентрацию носителей заряда.
  5. Рассчитайте подвижность $\sigma$ носителей заряда, определив предварительно $\sigma$ по одной из формул: $$j=\sigma E, \ \ \ \ \sigma =\frac{1}{\rho } =\frac{l}{RS}.$$
  6. Укажите источник ошибок и оцените их величину.
  7. Сравните полученные результаты с табличными и определите материал изучаемого полупроводника.

Таблица 1 Полупроводниковые материалы

Кристалл $E_g$, эВ при 300 К $\frac{m_n^*}{m_0}$ $\frac{m_p^*}{m_0}$ Подвижность электронов, $\frac{см^2}{В с}$ Подвижность дырок, $\frac{см^2}{В\cdot с}$ $\sigma_I$ (Ом $\cdot$ см)$^{-1}$
Кремний (Si) 1,14 0,26 0,49 1300 500 $5\cdot 10^{-6}$
Германий (Ge) 0,67 0,12 0,3 3900 1900 $2\cdot 10^{-2}$
Антимонид индия (InSb) 0,18 0,013 0,5 77000 750 $2\cdot 10^{-2}$

Содержание отчёта

Отчёт должен содержать следующие измеренные данные и результаты их обработки и анализа:

  • тип проводимости полупроводника;
  • графики зависимости напряжения $U_{34}$ от тока $I$ через образец при различных направлениях тока и различных положениях образца;
  • из полученных данных $U_{34}(I),$ используя соотношение для связи напряжений, постройте зависимость $U_{H}(I);$
  • график зависимости $U_{H} (Р)$ от магнитного поля при постоянном токе;
  • значение концентрации носителей заряда;
  • значение подвижности носителей заряда;
  • оцените ошибки измерений, сравните полученное значение подвижности с табличным и определите материал образца.

Дополнительные вопросы

  1. Предложите методы измерения магнитного поля.
  2. Оцените влияние остаточной намагниченности сердечника электромагнита на результаты эксперимента.
  3. Получите выражение для подвижности $u$, если известно среднее время между соударениями носителей заряда.

Библиографический список

  1. Бонч-Бруевич В.Л., Калашников С. Г., Физика полупроводников. М.: Наука, 1990.
  2. Левинштейн М.Е., Симин Г.С., Барьеры. М.: Наука, 1987.
  3. Киттель Ч., Введение в физику твердого тела. М.: Наука, 1978.
  4. Сивухин Д.В. Общий курс физики. М.: Физматлит: Изд-во МФТИ, 2002. Т. 3: Электричество.
  5. Князев Б.А., Черкасский В.С. Начала обработки экспериментальных данных. Новосибирск: НГУ, 1996.
  6. Батурина Т.И., Физика полупроводников. Учеб.-метод. пособие. Новосибирск: НГУ, 2000.

Назад к Допуску к эксперименту или далее к описанию лабораторных работ «Электрические и магнитные свойства твердых тел»