Badanie zjawiska halla, Zjawisko Halla w półprzewodnikach, Opracowanie wynik˙w.


SPRAWOZDANIE

z laboratorium z Fizyki

Tomasz Cholewa, Jacek Domicz, Iwona Maszczyńska

Wydział:

Budownictwo, semestr 3, grupa 1, sekcja 4

Temat:

Zjawisko Halla w półprzewodnikach.

I. Część teoretyczna.

Celem doświadczenia jest zapoznanie się ze zjawiskiem Halla
w półprzewodnikach, poprzez obserwację i wyznaczenie zależności napięcia Halla (UH) od prądu (IH) płynącego przez półprzewodnik przy ustalonej wartości pola magnetycznego wewnątrz selenoidu.

Zjawisko to polega na oddziaływaniu pola magnetycznego na poruszające się nośniki ładunku , co jest widoczne w postaci poprzecznej różnicy potencjałów (zwanej napięciem Halla - UH).

II. Przebieg ćwiczenia.

Płytkę z napyloną cienką warstwą półprzewodnika (d=2µm) zwaną hallotronem, umieszczamy wewnątrz selenoidu (całkowita liczba zwojów N=3000
i długość l = 97.5 cm), gdzie pole magnetyczne można traktować jako jednorodne.
W uzwojeniu selenoidu płynie prąd o stałym natężeniu IS mierzonym za pomocą podłączonego do niego amperomierza

Dla kilku ustalonych wartości prądu IS, płynącego przez solenoid wyznaczamy wartości napięcia Halla UH w zależności od prądu płynącego przez hallotron IH.

Aby doświadczenie przebiegało sprawniej, najpierw wyznaczaliśmy IH i wtedy dla kolejnych wartości prądu IS (2,4,6 amperów, co dwa ampery) wyznaczaliśmy napięcie Halla UH.

III. Opracowanie wyników.

Na płytkę prostokątną umieszczona w prostopadłym polu magnetycznym siła działająca na ładunki równa się:

F= q v x B [N]

F - siła Lorentza działająca na ładunek

q - ładunek

v - prędkość poruszania się ładunków

B - wektor indukcji magnetycznej

w wyniku czego ładunki zostają zepchnięte na jeden z brzegów co powoduje powstanie różnicy potencjałów. Spychanie to następuje tak długo, aż pole elektrostatyczne zrównoważy siłę Lorenzta, czyli aż:

e v B = - e EH

UH = EH b [V]


e - ładunek elektronu

b - szerokość płytki półprzewodnika

EH - natężenie pola elektrostatycznego

UH - różnica napięć

Istnieją dwa rodzaje półprzewodników: typu „n” (funkcję transportera sprawują elektrony) oraz półprzewodniki typu „p” (funkcję transportera sprawują dziury).

Powstałe w ten sposób napięcie (zwane napięciem Halla) wyrażamy wzorem:


UH = - v B b [V]

Jedyną nieznaną wartością pozostaje prędkość ładunków, którą można powiązać z natężeniem prądu płynącego przez hallotron:


IH = e n b d v [A]

n - gęstość objętościowa ładunków w półprzewodniku

d - grubość płytki

Łącząc obie powyższe zależności otrzymujemy:

[V]

Gdzie wstawiając za -1/(e n) stałą RH zależną tylko od materiału z jakiego jest wykonana płytka. Jest to tzw. stała Halla, którą mamy wyznaczyć. W naszym wzorze musimy jeszcze wyznaczyć wartość indukcji B, co robimy przyjmując nasz selenoid jako idealny czyli :

B = mo N IS / l [N/Am = T]

mo - przenikalność magnetyczna próżni

N - liczba zwojów selenoidu

IS - natężenie prądu płynącego w solenoidzie

l - długość solenoidu

W tym momencie dysponujemy wszystkimi potrzebnymi danymi aby obliczyć stałą Halla którą wyznaczamy na podstawie zależności:

RH = da /(B) = d a l / (mo N IS) [m3/C]

a - stosunek UH / IH

Następnie obliczmy błąd stałej Halla korzystając ze wzoru:

Obliczenia powtarzamy dla kolejnych wartości IS:

IS [A]

a [V/A]

Δa [V/A]

RH [m3/C]

ΔRH

2

0,2263

0,0072

5.85E-5

1.93E-6

4

0,5063

0,0048

6.55E-5

1E-6

6

0,825

0,0011

7.11E-5

6.95E-7

Każdy z pomiarów obarczony jest błędem. Błąd odczytu IH wynosi 0.15 [mA],
błąd odczytu napięcia Halla wynosi 0.3 [mV] , oraz błąd odczytu prądu płynącego przez solenoid wynosi 0.0375 [A] .

Stałą Halla i jej błąd liczymy średnią ważoną, korzystając ze wzorów:

oraz

uzyskujemy stałą Halla:

RH = (6.84E-5 +5.47E-6) [m3/C]

IV. Wykres.

Załączony do sprawozdania wykres przedstawia zależność napięcia Halla, ze względu na wartość prądu płynącego w hallotronie i prądu płynącego w selenoidzie.

V. Wnioski.

Z oszacowanych błędów wynika, że błąd stałej Halla wynoszący 5.47E-6,
z uwagi na rząd mierzonych wielkości, jest bardzo mały.

Przy dostępnej metodzie pomiarowej uzyskano stałą Halla ze stosunkowo dużą dokładnością. Błędy powstałe podczas pomiarów wynikają z niedokładności użytych przyrządów pomiarowych. Istnieje możliwość jeszcze dokładniejszego uzyskania stałej Halla posługując się urządzeniami pomiarowymi lepszej klasy.



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Badanie zjawiska halla, Badanie zjawiska Halla 3, Wydział Elektryczny
badanie zjawiska halla
cwiczenie 6, tabela1, A -badanie zjawiska Halla
cwiczenie 6, tabela1, A -badanie zjawiska Halla
Badanie zjawiska halla, Zjawisko Halla - 1
Badanie zjawiska halla, Badanie zjawiska Halla 8, Politechnika Śląska
Badanie zjawiska Halla, Biotechnologia, Fizyka, Labolatorium
Badanie zjawiska Halla
Badanie zjawiska Halla
Badanie zjawiska Halla-1
Badanie zjawiska Halla, Rok
Badanie zjawiska Halla2, Zjawisko Halla
Badanie zjawiska Halla
ZJAWIS~1 2, Opracowanie wynik˙w.
Badanie efektu Halla fluksometr, Sprawolki
Badanie zjawiska fotoelektrycznego i wyznaczanie stałej Plan
Badanie zjawiska fotoelektrycznego - Ania, Fizyka
Badanie efektu Halla, Szkoła, penek, Przedmioty, Fizyka, Laborki

więcej podobnych podstron