Fiza 72 Nasza, 1 STUDIA - Informatyka Politechnika Koszalińska, Labki, Fizyka, sprawka od Mateusza, Fizyka, Fizyka laborki, 72 Zjawisko Halla


Rok akademicki 1997/98

LABORATORIUM FIZYCZNE

Ćwiczenie nr 72

ZJAWISKO HALLA

Wydział Mechaniczny

IZK grupa K05 B

Wykonali: Robert Cincio, Marcin Majka

Data wykonania

OCENA

DATA

PODPIS

2.04.98

T

S

  1. Część teoretyczna

Celem kolejnego naszego ćwiczenia było wyznaczenie stałej Halla dla półprzewodnika oraz wyznaczenie koncentracji i ruchliwości nośnika. Zjawisko Halla to zjawisko galwanomagnetyczne polegające na pojawianiu się napięcia (tzw. napięcia Halla UH) w płytce półprzewodnika lub metalu, przez którą płynie prąd elektryczny, umieszczonej w prostopadłym do kierunku prądu polu magnetycznym. Napięcie Halla pojawia się w kierunku prostopadłym zarówno do kierunku pola magnetycznego, jak i prądu

gdzie:

RH - stała Halla,

B - indukcja pola magnetycznego,
j - gęstość prądu w płytce,

a - odległość między punktami.

Stała Halla zależy od koncentracji, rodzaju i ruchliwości nośników ładunku. Jeśli w przewodnictwie elektrycznym dominuje jeden rodzaj nośników (dziury lub elektrony), to jest ona odwrotnie proporcjonalna do ich koncentracji. Pomiar napięcia Halla jest jedną z podstawowych metod badania właściwości nośników ładunku, zwłaszcza w półprzewodnikach. Na podstawie znaku napięcia Halla można określić jaki rodzaj nośników (dziury czy elektrony) dominuje w przewodnictwie. Pomiar temperaturowej zależności napięcia Halla oraz konduktancji w półprzewodnikach umożliwia określenie właściwości domieszek (ich koncentracji, rodzaju, energii wiązania), mechanizmów rozpraszania nośników ładunku oraz dostarcza ważnych informacji o strukturze pasmowej półprzewodników.

Koncentracja nośników


Ruchliwość nośników

gdzie:
V - prędkość elektronów
E - natężenie pola.

  1. Schemat pomiarowy

0x08 graphic

  1. Przebieg ćwiczenia

Po uruchomieniu układu, zwiększano natężenie prądu i odczytywano na woltomierzu napięcie UH+ i UH-
W ćwiczeniu wykorzystano próbki monokryształu germanu, typu „n” o parametrach podanych poniżej.

Lp.

wielkość

Wartość

Błąd max.

Jednostka

1

l

5

0.1

mm

2

a

3

0.1

mm

3

b

2

0.1

μm

4

ρ

1,5x10-3

-

Ωm

5

β

160

7.5

mT

Błąd pomiaru stałej Halla oblicza się za pomocą różniczki logarytmicznej oblicza się za pomocą wzoru:

gdzie: 0x01 graphic

ΔUi i ΔIi - błędy poszczególnych pomiarów napięcia i natężenia prądu.

Digital Voltmeter Type V541 ΔU=±0,05% wartości mierzonej + 0,01 mV.

Klasa dokładności miliamperomierza użytego w ćwiczeniu wynosi 0,5 , a zakres pomiarowy wynosił 30 mA.

  1. Przykładowe obliczenia błędów

Obliczenie współczynnika kierunkowego α prostej UH=f(I).

0x01 graphic

Obliczamy stałą Halla:

0x01 graphic

Obliczamy koncentrację nośników (elektronów) n:

0x01 graphic

Obliczamy ruchliwość nośników ładunku ze wzoru:

0x01 graphic

gdzie:

δ - przewodność elektryczna właściwa materiału próbki,

ρ - opór właściwy materiału ( germanu ).

  1. Tabele pomiarowe

Lp.

I

[mA]

-UH

[mV]

UH

[mV]

UHśr

[mV]

UHśr I

[mV mA]

1

2

0,14

0,14

0,14

0,28

2

3

0,22

0,22

0,22

0,66

3

4

0,30

0,29

0,295

1,18

4

5

0,38

0,36

0,37

1,85

5

6

0,46

0,44

0,45

2,7

6

7

0,54

0,52

0,53

3,71

7

8

0,63

0,60

0,615

4,92

8

9

0,72

0,69

0,705

6,345

9

10

0,80

0,76

0,78

7,8

10

11

0,87

0,85

0,86

9,46

11

12

0,95

0,92

0,935

11,22

12

13

1,04

1,01

1,025

13,325

13

14

1,08

1,05

1,065

14,91

14

15

1,15

1,15

1,15

17,25

Δ

0,15

0,67285

0,65285

Σ

9,14

95,61

0x08 graphic
0x08 graphic

Lp.

I2

[mA2]

UHśrΔI

[mVmA]

IΔUHśr

[mAmV]

IΔI

[mA2]

UH(teoretyczne)

[mV]

1

4

0,02

0,034

0,30

0,1522

2

9

0,03

0,063

0,45

0,2283

3

16

0,04

0,099

0,60

0,3044

4

25

0,06

0,143

0,75

0,3805

5

36

0,07

0,195

0,90

0,4566

6

49

0,08

0,256

1,05

0,5327

7

64

0,09

0,326

1,20

0,6088

8

81

0,11

0,407

1,35

0,6849

9

100

0,12

0,490

1,50

0,761

10

121

0,13

0,583

1,65

0,8371

11

144

0,14

0,681

1,80

0,9132

12

169

0,15

0,796

1,95

0,9893

13

196

0,16

0,886

2,10

1,0654

14

225

0,17

1,013

2,25

1,1415

Σ

1239

1,37

5,971

17,85

6. Wnioski

Wraz ze wzrostem prądu płynącego przez przewodnik lub półprzewodnik napięcie Halla wzrasta. Za pomocą zjawiska Halla możemy mierzyć wielkość indukcji magnetycznej. Zjawisko to obserwuje się we wszystkich przewodnikach i półprzewodnikach niezależnie od materiału, z jakiego są wykonane. Zjawisko Halla zastosowano do budowy tzw. hallotronów. Hallotron jest to bezzłączowy przyrząd półprzewodnikowy stosowany do pomiaru pola magnetycznego, prądu, mocy itp. Wykres dołączony jest na papierze milimetrowym.

0x01 graphic

0x01 graphic



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
FIZA 52 NASZA, 1 STUDIA - Informatyka Politechnika Koszalińska, Labki, Fizyka, fiza, spr, fizyka, La
Fiza 62 Nasza, 1 STUDIA - Informatyka Politechnika Koszalińska, Labki, Labolatorium Fizyki, 62 Oporn
Fiza 55 dzika, 1 STUDIA - Informatyka Politechnika Koszalińska, Labki, Fizyka, sprawka od Mateusza,
sprawozdanie fiza 6 (cw. 50), 1 STUDIA - Informatyka Politechnika Koszalińska, Labki, fizyka1, fiza,
Fiza 73 Nasza, 1 STUDIA - Informatyka Politechnika Koszalińska, finish, Fizyka, fiza, spr, fizyka, L
Sprawozdanie fiza 5 (ćw.71), 1 STUDIA - Informatyka Politechnika Koszalińska, Labki, fizyka1, fiza,
Fiza 55 moje, 1 STUDIA - Informatyka Politechnika Koszalińska, Labki, Fizyka, sprawka od Mateusza, F
Fiza 23 Dzikoos`a, 1 STUDIA - Informatyka Politechnika Koszalińska, Labki, Fizyka, fiza, spr, fizyka
Fiza 71 Nasza, 1 STUDIA - Informatyka Politechnika Koszalińska, finish, Fizyka, sprawka od Mateusza,
WYKRES73, 1 STUDIA - Informatyka Politechnika Koszalińska, Labki, fizyka1, fiza, fizyka
Fizzad2, 1 STUDIA - Informatyka Politechnika Koszalińska, Labki, fizyka1, fiza, fizyka
STOS-EM, 1 STUDIA - Informatyka Politechnika Koszalińska, Labki, fizyka1, fiza, fizyka
Fizyka21, 1 STUDIA - Informatyka Politechnika Koszalińska, Labki, fizyka1, fiza, fizyka
FizWyks2, 1 STUDIA - Informatyka Politechnika Koszalińska, Labki, fizyka1, fiza, fizyka
065S~1, 1 STUDIA - Informatyka Politechnika Koszalińska, Labki, fizyka1, fiza, fizyka
FizPrad, 1 STUDIA - Informatyka Politechnika Koszalińska, Labki, fizyka1, fiza, fizyka
051C~1, 1 STUDIA - Informatyka Politechnika Koszalińska, Labki, fizyka1, fiza, fizyka

więcej podobnych podstron