Лаб.45 ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК

Лабораторная работа №45
Исследование электрических характеристик полупроводника с помощью эффекта Холла
Выполнил студент гр. __________
Ф.И.О ______________________
Проверил _____________________
дата ______________________
Цель работы: измерить холловскую разность потенциалов и вычислить константу Холла,
концентрацию носителей заряда и их подвижность в исследуемом полупроводнике.
Описание установки
Установка для измерения эффекта Холла состоит из
трех узлов: а) электромагнита с держателем образца; б)
пульта управления; в) потенциометра ПП-63.
Электрическая схема установки представлена на
рис.1. Она состоит из 2-х цепей: цепи образца и цепи электромагнита. Обе цепи тумблером S подключаются к своим
источникам постоянного тока, расположенным внутри пульта управления. Цепи содержат миллиамперметры  mA для
измерения токов и регуляторы тока R1 и R2
Переключатель тока S1 служит для измерения
направления тока через электромагнит.
Электромагнит перед размещением образца проградуирован для определенного межполюсного зазора, поэтому категорически запрещается крутить винты крепления полюсных наконечников электромагнита.
Напряжение на потенциальных контактах образца
измеряется с помощью потенциометра ПП-63.
Нужно учесть, что потенциальные контакты 3 и 4
Рис.1 Схема установки
практически нельзя разместить на одной эквипотенциальной
поверхности. Поэтому даже без магнитного поля на потенциальных контактах будет напряжение U ac –
напряжение асимметрии, которое обусловлено несимметричным расположением потенциальных контактов, неоднородностью образца и т.д. Чтобы избавиться от напряжения асимметрии поступают так. Пр оводят измерение поперечной разности потенциалов при различных направлениях магнитного поля. Тогда при одном направлении магнитного поля U1  U H  U ac , а при другом U 2  U H  U ac ,
так как с изменением направления магнитного поля напряжение Холла U H  меняет знак, а
напряжение асимметрии U ac  остается неизменным. Тогда U H 
U1  U 2
.
2
Порядок выполнения работы
1. Ознакомьтесь с установкой для исследования полупроводника.
2. Ознакомьтесь по специальной инструкции с порядком работы на потенциометре ПП-63.
3. Подготовьте к измерениям потенциометр ПП-63, поставьте на пульте управления
тумблер направления поля в положение «+» , а ручки «Ток образца» и «Ток электромагн ита» в крайнее положение против часовой стрелки.
4. Вставьте шнур питания пульта управления в розетку «220 В» и тумблером «Сеть»
включите источник питания. При этом на пульте должна загореться сигнальная лампа.
5. Ручкой «Ток образца» настройте ток 20 мА, а ручкой «Ток электромагнита» – 50 мА.
6. Измерьте с помощью потенциометра напряжение, возникающее на потенциальных
контактах образца U1  . Это напряжение является алгебраической суммой напряжения Холла
U H 
и напряжения асимметрии U ac  . Запишите U1 в таблицу с тем знаком, какой указывает
переключатель полярности потенциометра ПП-63!
7. Измените направление магнитного поля в зазоре электромагнита, поставив тумблер S1
в положение «–» . Измерьте с помощью потенциометра ПП-63 напряжение, возникающее на потенциальных контактах U 2  . Запишите значения U 2 в таблицу с тем знаком, какой указывает
переключатель полярности потенциометра.
8. Аналогичные -измерения сделайте при токах электромагнита 100, 150, 200 и 250 мА.
Следите за постоянством тока I обр .
9. Вычислите по формуле U H 
U1  U 2
напряжение Холла для всех значений тока
2
магнита. По градуировочному графику, прилагаемому к электромагн иту, найдите значение
магнитной индукции в зазоре электромагнита для этих же значений тока. Значения U H и B
занесите в таблицу. На миллиметровой бумаге постройте график зависимости U H  f  B  .
10. Вычислите по формуле RH 
UH a
константу Холла для различных значений B и
I обр B
найдите ее среднее значение. (Размеры образца указаны на градуировочном графике).
11. Используя выражение RH 
сителей заряда n 
3 1
 , вычислите среднее значение концентрации но8 en
3
1
19

, где e  1,6 10 Кл .
8 e RH
12. По формуле b 
8 RH 
вычислите подвижность носителей заряда (значение
3
удельной электропроводности  указано на градуировочном графике).
I обр = .............
Iмаг, мА В, Тл
U1, В
U2, В
UH, В RH, м3 /Кл
<R H >, м 3 /Кл
n, м – 3
b, м2/(Вс)
Рис.2 Схема, поясняющая механизм эффекта Холла в полупроводнике р-типа
Контрольные вопросы
1.Объясните механизм возникновения напряжения Холла.
2.Каким образом можно с помощью эффекта Холла определить знак носителей заряда?
3.Каковы причины появления напряжения асимметрии? Как исключить это напряжение
при определении холловского напряжения?
4.Как можно определить подвижность носителей заряда?
Рассмотренные здесь вопросы можно найти в литературе: Савельев И.В. Курс общей
физики. -2-е изд. - М.: Наука, 1982, т.З, с.226-228.