第十一章 半导体霍尔效应.pdf

实验 半导体霍尔效应 半导体霍尔效应是研究半导体材料的一种基本方法，通过实验可得到材料许多电学参 数（如电阻率ρ；霍尔系数R ；载流子浓度P 、n 等）进行材料分析。同时，也利用这种效 H o o 应已研制出硅、锗、砷化镓等霍尔器件和传感器，这些器件已用于各种自动控制的设备、 仪器中。其作用是能够测量磁场、转速；作无触点磁敏电键和电位器；非电量测量有厚度、 流量、振动等。用途十分广泛，受到科学工作者的重视。 本实验目的是熟悉霍尔效应的测试原理；学会测量方法并能熟练EXCEL计算多项电学 参数，如电阻率ρ、霍尔系数、载流子浓度P 、n 等；观察半导体的磁阻现象。 o o 一、实验原理 在一个通有直流电产生的均匀磁场中放入通有恒定直流电流的半导体样品，设电流沿X 方向流动，磁场方向与样品电流的方向垂直（磁场与电流垂直）。这时，在样品中运动的载 流子受到洛仑兹力的作用而偏转。在与电场和磁场垂直的方向上，样品两端就有电荷积累 而产生一个电场。这种现象叫霍尔效应。令霍尔电场为E ，流过样品电流密度为J ，磁场强 y x 度为Bz ，则霍尔电场正比于电流密度和磁场强度，用数学式表示为： Ey = RH ·JX ·Bz （6 －1） 式中RH 为霍尔系数，也是本实验待测指标。由于磁场对电子和空穴偏转作用相同，而两种 载流子带电符号相反，从而在样品两端的积累方向相反，霍尔电势的方向相反，从而可判别 其导电类型，如图 7-1 所示。 z y 3 1 4 2 B x d E Bz 5 6 b jx L 4 2 1 3 图6-1 图6-2 图6-3 如果不考虑载流子速度的统计分布，对于P型样品其浓度为Po可推导出： 1 RH = 〉0 （6－2 ） p0⋅q 对于N型样品其浓度为nO也可导出， I RH = 〈 0 （6 －3 ） n qo ⋅ 式中q为电子电荷，P 、、n 分别为空穴电子浓度，求得R 后可通过（2 ），（3 ）式计算载流 o o H 子浓度。如果考虑载流子速度的统计分布可得出： μ H ⋅ I RH = μpp q o ⋅ P型 （6 －4 ）