霍尔效应及用其理论测量半导体材料的性能标题.doc

本科毕业论文 题目： 霍尔效应及用其理论测量 半导体材料的性能 学院： 物理与电子科学院 班级： 09级物理二班 姓名： 闫文斐 指导教师： 付仁栋 职称： 讲师 完成日期： 2013 年 5 月 15 日  霍尔效应及用其理论测量 半导体材料的性能 摘要： 简述了霍尔效应的基本原理，测量判定半导体材料的霍尔系数，确定半导体材料的导电类型、载流子浓度及迁移率。因此，霍尔效应时研究半导体性质的重要实验方法。分析了利用霍尔效应测量半导体特性参数中影响的重要副效应，给出了减小或消除这些副效应的方法，并在实验中，对实验仪器进行了一定得改进，使实验更有利于操作。 关键字： 霍尔效应；半导体；副效应；载流子；改进  目 录 引言 1 1. 霍尔效应 2 1.1霍尔效应的基本原理 2 1 .2 霍尔电势差和磁场测量 3 2. 实验内容 5 2.1 确定霍尔元件的导电类型 5 2.2 霍尔灵敏度、霍尔系数、载流子浓度的测量 6 2.3实验数据的处理 6 3. 误差分析 8 3.1主要误差及原因 8 3.2 消除误差的方法 9 4. 实验的改进 10 4.2 霍尔元件载流子迁移率和电导率的测量 11 5. 结束语 11 致谢 11 参考文献 11  引 言 霍尔效应是电磁效应在实验中的应用的一中，这是美国的一位伟大的物理学家霍尔（A.H.Hall，1855—1938）发现的，于1879年在探索金属的导电原理时偶然发明的。将载流霍尔元件置于与其垂直的磁场中，板内出现的磁场会与电流方向垂直，同样的，板的两边就会出现一个横向电压（如图1）。在霍尔发现的100年后，1985年德国克利青( K laus von K litzing，1943-)等研究极低温度和强磁场中的半导体时发现量子霍尔效应获得诺贝尔奖。1998年华裔科学家崔琦（Daniel Chee Tsui，1939-）、斯坦福大学的美国物理学家劳克林（Robert B.Laughlin，1950-）和哥伦比亚大学的施特默（Horst L.Stormer，1949-）在更强磁场下研究量子霍尔效应，因为发现分数量子霍尔效应而荣获诺贝尔奖。 霍尔效应原本的发现是在的研究中, 但在科学发展到现在，却发现该效应在半导体中的应用更加突出, 所以在半导体的研究中一直以来提供非常理论依据。本文通过霍尔效应测量，不仅判别了半导体材料的导电类型，霍尔系数、载流子浓度及迁移率和电导率等主要的 的特性参数。并在分析操作中因受各种副效应的影响，带来的测量准确度的影响，如何避免这些副效应的影响也是很必要的。因此，本文还对我们的实验元件做了很好的改进，可以通过实验测量的方法直接得到我们所需要的迁移率和电导率。 霍尔效应 1.1霍尔效应的基本原理 当有通过霍尔元件时，载流子的漂移运动方向，与它所带电荷的符号有很大的关系。若载流子为正，她的飘移运动方向即为电流方向；相反，若载流子为负，则它的飘移运动方向是电流的反方向。 若将半导体元件通有电流的同时，再置于电磁场中（），半导体片所在的平面与电场方向和磁场方向两两互相垂直，设电流沿方向，电流大小为；沿方向的磁感应强度为，则在垂直于电场和磁场的和方向将产生一个如图所示的电场，我们把这现象称做霍尔效应。 图1 霍尔样品 载流子受到洛伦兹力的作用，向半导体一侧聚积。带正电荷的载流子，它将受到沿方向的磁场作用力，如图2（）所示，导致载流子在侧聚积，使得半导体霍尔元件两侧存在电势差，且图中点电势比点高。相反，带负电荷的载流子，如图2（）所示，磁场作用力的方向任沿轴方向，于是薄片的侧将聚积大量的复电载流子，使图中点电势比点低，则这个电势差称为霍尔电势差。 图2 霍尔效应原理图 当电流方向一定时，半导体中载流子所带的电荷正、负决定了、两点霍尔电势差的符号。因此，通过测定、两点的电势差，可以判断霍尔元件中的载流子究竟是带正电荷还是带负电荷。若载流子为空穴（带正电荷），称为型半导体；而载流子为电子（带负电荷），称为型半导体。 1 .2 霍尔电势差和磁场测量 在霍尔效应中，电荷量为，磁场强度为,半导体中载流子的飘移速率为，则载流子所受磁场为 （1） 载流子由于