半导体物理第四章分解.ppt

Ex vx fl qEy V＜Vx V＞Vx V Vx 的空穴： 运动偏向霍尔场作用的方向 V Vx 的空穴 ： 偏向磁场力作用的方向 只考虑一种载流子的材料的磁阻效应，通常用 ： Tm为磁阻系数 ?H为霍尔迁移率，它表示载流子在单位磁 场强度下的偏转强度 2．同时考虑两种载流子 Bz=0、E=Ex 时， 电子逆电场方向运动，形成电场方向电流Jn 空穴沿电场方向运动，形成电场方向电流Jp 总电流：J0=Jn+Jp – + J Jp Jn (a) Jn Jp + + + – – – Ey (b) J + – Bz + x x Bz?0时，沿x方向的总电流应是两电流的矢量之和 ?电阻升高 此种磁阻效应表示为： 为横向磁阻系数 RHo为弱磁场时的霍尔系数 所谓弱场，一般指： ?0为无磁场时的电导率 三、几何磁阻效应 1．长条样品(P型) Bz=0，E=Ex Bz?0 I J Bz E E J I Bz ? J E J E x x I Bx 2．园盘形样品 称为Corbino效应 I I Bz 磁光效应(包括朗道能级）、量子化霍耳效应、 热磁效应、光磁电效应、压阻效应 自学 GMR磁头不仅在厚度上，而且在长度上都在100纳米以内 56GB/平方英寸 GMR目前的产业化情况 1994年，NVE实现巨磁电阻（GMR）效应的产业化， 销售巨磁电阻磁场传感器。 1998年，IBM研制出计算机硬盘驱动器上巨磁电阻 （GMR）磁头 世界GMR磁头的市场总额每年400亿美元 将来1000亿美元的市场容量 第四章 一、电导率的表达式以及迁移率和电导率 与平均自由时间的关系 二、载流子的散射 1.电离杂质的散射：低温、掺杂浓度高 2.晶格散射：高温、掺杂浓度低 纵声学波散射—原子晶体 纵光学波散射—离子晶体 三、元素半导体的迁移率和电阻率与温 度和掺杂浓度的关系 四、强电场效应 五、霍尔效应 1.霍尔效应的形成过程 2.霍尔系数与温度、掺杂类型和浓度的关系 3.霍尔角与迁移率和电导率的关系 六、磁阻效应：物理磁阻效应和几何磁阻效应 第四章习题 P113: 2题（Si的原子密度为1022/cm3）； 3题：ρ=10Ω·cm 7题； 16题 设： 补充题 试证明： （1）半导体电导率取极小值σmin的条件是： （2） 其中σi是本征半导体的电导率，b=μn/μp 电场力：fε=qEx 磁场力：fL=qVxBz y方向的电场强度为：Ey（霍耳电场） 平衡后： fEx fL qEy 令： （RH）P为 P 型材料的霍尔系数。 2. 求霍尔系数(RH)P和载流子浓度 p 设样品长度为 l，宽度为 b，厚度为 d： VH为霍尔电压 3.求霍尔角θ及空穴迁移率μ和电导率σ Ex P型材料： Ey qEy fL E θ J 1．霍尔效应的形成过程 Ex Ey E J ? 两种载流子同时存在 霍尔效应 ？ 1．霍尔效应的形成过程及霍尔系数 RH －y方向 洛伦兹力引起的空穴电流密度 又 +y方向 (2) y方向上的电子电流密度(Jn)y y 方向总的空穴电流密度为 1/T RH (－) 本征半导体 RH 与 T 的关系 (2) p型半导体 ● 饱和区 ● 过渡区 T↑, p-nb2↓ 但 p-nb2 0，RH 0，且RH ? 当 nb2=p 时， RH＝0 T↑↑， nb2p，RH0 但nb2↑，|RH|↑ 当 时，RH达到负的最大值 1/T RH (+) (+) (－) (－) ● 本征区 饱和区 P型半导体 RH 与 T 的关系 (3) N 型半导体 ● 饱和区 ● 温度再升高，少子浓度升高 无论温度多高，RH 始终小于0，并且随T 升高，始终下降。 1/T RH (－) (－) 饱和区 N型半导体 RH 与 T 的关系 ●ND或NA升高，RH下降，RH～T 变化规律一样 四、霍尔效应的应用 1．判别极性，测半导体材料的参数 （n, p, ?) 2．霍尔器件 3．探测器 §4.6 半导体的磁阻效应 由于磁场的存在引起电阻的增加，称这种效应为磁阻效应。 一、磁阻效应的类型 按电磁场的关系分 纵向磁阻效应： B//E，电阻变化小，不产生VH 横向磁阻效应： B?E，电阻变化明显，产生VH 按机理分： 由于电阻率?变化引起的R变化 —物理磁阻效应 由于几何尺寸l/s的变化引起的 R变化 —几何磁阻效应 磁阻的大小： 或 二、物