Методи визначення типу електропровідності і параметрів напівпровідників - студопедія

Тип електропровідності напівпровідника (n або p) можна визначити з досвіду, використовуючи ефект Холла. Американський фізик Холл в 1879 році відкрив цікаве і важливе для практики явище - виникнення поперечної ЕРС в провіднику з струмом, поміщеним в магнітне поле. На ім'я відкрив це явище вченого виникає в магнітному полі поперечна ЕРС називається ЕРС Холла або напругою Холла. Фізична сутність ефекту Холла складна і нижче наводиться лише спрощене уявлення цього явища.

Суть методу визначення типу електропровідності випробуваного напівпровідника заснована на зміні знака поперечної ЕРС Холла в залежності від типу носіїв заряду. Схема досвіду приведена на рис. 2.9.

Пластина з напівпровідника поміщається у зовнішнє поперечне магнітне поле, з індукцією B. За напрямку довжини напівпровідника прикладається різниця потенціалів, що створює напруженість E електричного поля.Под дією цього поля в напівпровіднику виникає електричний струм, тобто виникає спрямований рух електричних зарядів. Магнітне поле діє на рухомі заряди з деякою силою. Ця сила зміщує рухомі носії заряду до однієї з граней пластини напівпровідника. Внаслідок цього і виникає поперечна ЕРС, яку вимірюють вольтметром V. Напрямок зміщення зарядів визначається за правилом «лівої руки», які можуть застосовуватися до технічного напрямку струму. Позитивним напрямком струму вважається напрямок руху позитивних зарядів, тобто напрям, протилежний напрямку дрейфу електронів. З рис. 2.9відно, що при зміні типу електропровідності змінюється і полярність напруги на вольтметрі.

Для напівпровідників з одним типом носіїв заряду (п або р) рівність (2.9) набуває вигляду:

Концентрація носіїв заряду (n0 і p0) і їх рухливість (un і up) є характеристичними параметрами напівпровідника. Вимірявши питому провідність напівпровідника, можна відповідно до формули (2.14) визначити тільки твір цих двох параметрів. Для визначення ж кожного з них можна скористатися ефектом Холла, який полягає в зміщенні рухомих носіїв заряду під дією сили Лоренца до однієї з граней напівпровідника.

Зсув носіїв заряду в поперечному напрямку в напівпровіднику припиниться, коли сила Лоренца урівноважиться кулоновской силою, що діє на заряди з боку виниклого поперечного електричного поля змістилися зарядів. При цьому в досліджуваному напівпровіднику (наприклад n-типу) будуть виконуватися наступні співвідношення:

Тут: - сила, що діє з боку електричного поля на електрон, що має заряд е = 1,6 # 8729; 10 -19 Кл; В - магнітна індукція, створювана зовнішнім джерелом магнітного поля, і має напрямок, перпендикулярний напрямку вектора щільності струму в напівпровіднику; I - постійний струм, що проходить по провіднику; n0 - концентрація носіїв заряду; e - заряд електрона; - середня швидкість дрейфу носіїв заряду під дією зовнішнього електричного поля E; h, x - висота і ширина напівпровідника; S = hx - поперечний переріз напівпровідника, по якому проходить струм I; - напруга Холла.

Використовуючи співвідношення (2.15), висловимо напруга Холла в скалярною формі ::

тут - коефіцієнт Холла, який має в системі СІ розмірність м 3 / Кл.