MĂSURAREA CONCENTRĂRII ȘI MOBILITĂȚII RECEPTORILOR CURENTE PRIN METODA EFECTULUI SALA
Instrucțiuni metodice pentru activitatea de laborator nr. 34
Scopul acestei lucrări este de a determina cele mai importante caracteristici electrice - concentrarea și mobilitatea purtătoarelor actuale - prin metoda efectului Hall într-un semiconductor de tip n de Germania. Principalele caracteristici ale curentului electric sunt determinate. Se ia în considerare acțiunea forței Lorentz într-un câmp magnetic pe încărcarea electrică în mișcare. Este prezentat efectul Hall și modul în care acesta poate fi utilizat pentru a determina proprietățile electrice ale materialelor sau pentru a măsura inducția și pentru a studia configurația câmpurilor magnetice. Schema electrică a configurației experimentale este descrisă. Ordinea de performanță a muncii este descrisă. Sunt date reguli de siguranță și sunt furnizate întrebări de control.
Pentru studenții tuturor specialităților din disciplina "Fizică".
Il.2. Tabel. 2. Bibliograf. 2 nume.
Scopul lucrării. Determinarea prin metoda efectului Hall în semiconductorul de tip n al Germaniei a celor mai importante caracteristici electrice - concentrarea și mobilitatea transportatorilor actuali.
Aparate și accesorii. 1. Senzorul Hall este o placă a unui semiconductor din germaniu cu patru electrozi de cupru. 2. Magnet permanent. 3. Sursa curentului direct. 4. Instrumente de măsurare: voltmetru, ampermetru, milivoltmetru. 5. Comutatorul.
Curentul electric poate fi caracterizat de un vector de densitate a curentului a cărui valoare este numeric egală cu curentul I care trece prin zona unității S a secțiunii transversale a conductorului perpendicular pe direcția curentului:
Puterea curentă I este o cantitate fizică scalară determinată de sarcina electrică care trece prin secțiunea transversală a conductorului pe unitatea de timp:
Densitatea curentului este un vector orientat de-a lungul direcției curentului, adică direcția vectorului coincide cu direcția mișcării ordonate a sarcinilor pozitive.
Dacă densitatea purtătorului este n și fiecare purtător are o încărcătură elementară e și viteza medie a mișcării purtătoare ordonate v. apoi în timpul unei perioade dt se transferă o încărcătură prin secțiunea transversală S a conductorului
În conformitate cu punctele (1) și (2), curentul este egal cu
I, (3) și densitatea curentului
Legea lui Ohm în formă diferențială conectează densitatea curentului cu intensitatea câmpului electric, care a provocat apariția acestui curent:
Din punctele (4) și (5) rezultă că:
unde cantitatea se numește mobilitatea transportatorului și este numeric egală cu viteza medie a mișcării ordonate a purtătorilor de sarcină într-un câmp electric cu o putere a unității.
Astfel, după cum se vede din (6), proprietățile electrice ale materialelor sunt determinate de concentrația n și mobilitatea purtătorilor actuali.
În această lucrare, caracteristicile electrice ale unui semiconductor sunt determinate de metoda efectului Hall. Efectul Hall este aspectul într-un conductor cu un curent plasat într-un câmp magnetic, un câmp electric într-o direcție perpendiculară atât pe câmpul curent cât și pe câmpul magnetic.
Efectul Hall este explicat prin acțiunea forței Lorentz asupra încărcăturilor electrice care se deplasează într-un câmp magnetic. În metale și semiconductori de tip n, de exemplu, în germaniu, din care se face senzorul Hall utilizat în această lucrare, purtătorii actuali sunt electroni. Când un curent curge de-a lungul axei X într-o placă de senzor dreptunghiulară (Figura 1), viteza electronului va fi direcționată de la dreapta la stânga. Într-un câmp magnetic cu inducție orientată de-a lungul axei Z, forța Lorentz acționează asupra electronilor în mișcare:
unde este unghiul dintre vectori și egal în acest caz (figura 1).
Sub acțiunea forței Lorentz, electronii, în conformitate cu regula mâinii stângi, sunt deviate în sus. Partea superioară a plăcii ia naștere concentrației de electroni (care este încărcată negativ) a crescut, iar pe fața inferioară - lipsa lor (încărcate pozitiv). Ca rezultat, un câmp electric dirijat de-a lungul axei Y, și între electrozii 2 și 4 va fi numită diferență de potențial U. Hall. Dacă transportatorii au o sarcină pozitivă, de exemplu, o „gaură“ în semiconductori de tip p, atunci direcția fluxului de curent este indicat în Figura 1, câmpul electric va fi îndreptată în direcția opusă axei Y.
Deviația încărcărilor într-un câmp magnetic are loc până când forța Coulomb datorată acțiunii câmpului nu echilibrează forța Lorentz. Forța Coulomb care acționează asupra electronului este:
unde b este distanța dintre electrozii 2 și 4.
Ecuând (7) și (8), obținem o expresie pentru diferența de potențial Hall:
· Instalarea este inclusă în rețeaua de 220 V.
· Aveți grijă când lucrați. Evitați contactul în locurile de contact. cabluri de curent cu elemente de circuit.
· În cazul defecțiunilor, contactați tehnicianul de laborator.
· Nu lăsați instalația sub stres.
Lista bibliografică
Semnată în presă. 07.02. Format 60x84 / 16
Hârtie offset. Setul cu cască Times
Cond. Pec. l. 0,65. Uch.-ed. l. 0.7. Circulație 100 de exemplare. comandă
Academia de Stat de Arhitectură și Construcții din Volgograd
Sectorul de imprimare operațională CIT
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: