实验四 硅的霍尔系数和迁移率的测量
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霍尔系数实验报告霍尔系数实验报告引言:霍尔系数是材料科学中的一项重要参数,它可以用来描述材料的电导性和电子迁移率。
本实验旨在通过测量霍尔效应来确定样品的霍尔系数,并探究其与材料性质之间的关系。
实验方法:1. 实验器材准备:准备一块具有一定厚度和宽度的样品片,一台霍尔效应测量仪和一台电源。
2. 实验步骤:a. 将样品片固定在霍尔效应测量仪上,并保证样品片的两侧与测量仪的电极接触良好。
b. 通过电源给样品片施加一定的电流,使其形成电场。
c. 测量霍尔电压:在电流通过样品片时,将霍尔效应测量仪的探头放置在样品片的一侧,测量霍尔电压的大小。
d. 重复上述步骤,改变电流的大小和方向,以获得多组数据。
实验结果:根据实验测量得到的数据,我们可以计算出样品片的霍尔系数。
霍尔系数的计算公式为:RH = VH / (IB * B)其中,RH为霍尔系数,VH为霍尔电压,IB为电流,B为磁感应强度。
通过对多组实验数据的处理和计算,我们可以得到样品片的平均霍尔系数。
将实验结果绘制成图表,可以更直观地观察到霍尔系数与电流、磁感应强度之间的关系。
讨论与分析:通过实验测量和计算得到的霍尔系数,我们可以对样品片的电导性和电子迁移率进行分析。
霍尔系数的大小与材料的导电性质密切相关。
当霍尔系数为正值时,表示材料为p型导体;当霍尔系数为负值时,表示材料为n型导体。
霍尔系数的绝对值越大,说明材料的电子迁移率越高,导电性能越好。
在实验中,我们还可以通过改变样品片的厚度、温度等条件来研究霍尔系数的变化规律。
不同材料的霍尔系数也会有所差异,这与材料的结构和成分有关。
因此,通过测量和分析霍尔系数,我们可以更深入地了解材料的电导性能和电子迁移特性。
结论:本实验通过测量霍尔效应,成功确定了样品片的霍尔系数,并探究了其与材料性质之间的关系。
实验结果表明,霍尔系数可以作为一种重要的参数来评估材料的导电性和电子迁移率。
通过进一步研究和分析,我们可以深入了解不同材料的导电性能,并为材料科学的发展提供重要参考。
半绝缘砷化镓电阻率、霍尔系数和迁移率测试方法半绝缘砷化镓(GaAs)晶体是一种非常重要的半导体材料,在电子器件和光电器件中得到广泛的应用。
为了实现高性能和可靠性,对半绝缘砷化镓晶体的电学性质需要进行精确的测试和分析。
其中,电阻率、霍尔系数和迁移率是三个重要的参数。
本篇文章就为大家详细介绍半绝缘砷化镓电阻率、霍尔系数和迁移率测试方法,其中包含相关参考内容。
一、半绝缘砷化镓电阻率测试方法半绝缘砷化镓电阻率测试方法一般采用四探针法,其原理是利用四根电极在半导体表面形成一个封闭区域,然后通过对两个相对的探针施加恒定电压,利用剩余两个探针测量电流。
然后根据欧姆定律计算半导体材料的电阻率。
以下是半绝缘砷化镓电阻率测试方法的参考内容:1. 测试仪器:(1)四探针测试仪(2)恒流源(3)数字万用表2. 测试步骤:(1)将半绝缘砷化镓样品放入测试夹具中,并夹紧。
(2)将四根探针依次插入样品表面,形成一个封闭区域。
(3)调节恒流源,使得两个相对的探针电压保持恒定。
(4)利用数字万用表测量另外两个探针的电流,并记录下来。
(5)根据欧姆定律计算半导体材料的电阻率。
二、半绝缘砷化镓霍尔系数测试方法半绝缘砷化镓霍尔系数测试方法是利用霍尔效应来测量半导体材料的电学性质。
该方法一般也采用四探针技术,但是在形成封闭区域的过程中,会施加一个垂直于半导体表面的磁场,因此电流在磁场作用下会发生偏转,并产生横向电场。
测量该横向电场与所施加磁场之间的关系,就可以计算出半导体材料的霍尔系数。
以下是半绝缘砷化镓霍尔系数测试方法的参考内容:1. 测试仪器:(1)霍尔效应测试仪(2)恒流源(3)数字电压表(4)强磁场制备设备2. 测试步骤:(1)将半绝缘砷化镓样品放入测试夹具中,并夹紧。
(2)将四根探针依次插入样品表面,并施加恒定电流。
(3)在样品表面施加一个垂直于表面的强磁场,调节强度。
(4)利用数字电压表测量两个相对的探针之间的横向电场大小。
计算霍尔系数rh、载流子浓度n、电导率σ及迁移率下载提示:该文档是本店铺精心编制而成的,希望大家下载后,能够帮助大家解决实际问题。
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实验名称:硅的霍尔系数及电阻率的测量物理学院刘纩00904149实验仪器:BWH—I型霍尔效应测试仪,I型—PMMR永磁魔环(参数:d=1.00±0.02mm,B=0.402T,f=1,I=0.1mA)实验目的:1.学习了解p型硅电阻率和霍尔系数随温度的变化关系,以及产生变化的原因。
2.学习掌握通过霍尔系数和电阻率来确定材料的迁移率、净杂质浓度、载流子浓度以及禁带宽度等基本参数。
实验原理:(一)电导率随温度的关系电导率随温度的关系分三个阶段。
其一为杂质部分电离的低温区,在低温区,由杂质电离产生的载流子遂温度升高而增加,迁移率主要取决于杂质散射,亦随温度增加而增加,故电导率随温度升高而增加。
其二为杂质电离的饱和区。
此区域杂质已全部电离,但本征激发还不明显,载流子浓度不变而晶格散射增强,故电导率随温度升高而下降。
其三为长生本征激发的高温区。
此区域中,本征激发产生的载流子随温度升高急剧增加,故电导率随温度上升急剧增大。
根据电中性条件,空穴浓度p=N A+n=p s+n,其中N A为受主杂质浓度,p s为杂质电离产生的空穴浓度,p和n为载流子浓度。
只考虑晶格散射,电导率ς=nqμLn+pqμLp= qμLp(bn+p)其中μLn和μLp分别为电子和空穴的晶格散射迁移率。
且有:μLn=4.0∗109T−2.6(cm2V−1s−1)与μLp=2.5∗108T−2.3(cm2V−1s−1)则有:p=(ςqμLp +bp s)(b+1)与n=(ςqμLp−p s)(b+1)利用p∙n=AT3exp(−E g kT),作出ln npT−3−(1T)曲线,用最小二乘法可以确定禁带宽度E g=k∆ln npT−3∆(1T)(二)霍尔效应霍尔电压:V H=R H IBd 。
对p型样品,R H=1pq;对n型样品,R H=−1nq。
故R H=V H d/IB(104cm3/C)。
实际情况下载流子并不是都具有相同的速度,它们具有一定的速度分布,并且不断地因受到散射而改变。
实验名称:硅的霍尔系数及电阻率的测量物理学院刘纩00904149实验仪器:BWH—I型霍尔效应测试仪,I型—PMMR永磁魔环(参数:d=1.00±0.02mm,B=0.402T,f=1,I=0.1mA)实验目的:1.学习了解p型硅电阻率和霍尔系数随温度的变化关系,以及产生变化的原因。
2.学习掌握通过霍尔系数和电阻率来确定材料的迁移率、净杂质浓度、载流子浓度以及禁带宽度等基本参数。
实验原理:(一)电导率随温度的关系电导率随温度的关系分三个阶段。
其一为杂质部分电离的低温区,在低温区,由杂质电离产生的载流子遂温度升高而增加,迁移率主要取决于杂质散射,亦随温度增加而增加,故电导率随温度升高而增加。
其二为杂质电离的饱和区。
此区域杂质已全部电离,但本征激发还不明显,载流子浓度不变而晶格散射增强,故电导率随温度升高而下降。
其三为长生本征激发的高温区。
此区域中,本征激发产生的载流子随温度升高急剧增加,故电导率随温度上升急剧增大。
根据电中性条件,空穴浓度p=N A+n=p s+n,其中N A为受主杂质浓度,p s为杂质电离产生的空穴浓度,p和n为载流子浓度。
只考虑晶格散射,电导率σ=nqμLn+pqμLp= qμLp(bn+p)其中μLn和μLp分别为电子和空穴的晶格散射迁移率。
且有:μLn=4.0∗109T−2.6(cm2V−1s−1)与μLp=2.5∗108T−2.3(cm2V−1s−1)则有:p=(σqμLp +bp s)(b+1)⁄与n=(σqμLp−p s)(b+1)⁄利用p∙n=AT3exp(−E g kT⁄),作出ln(npT−3)−(1T⁄)曲线,用最小二乘法可以确定禁带宽度E g=k∆ln(npT−3)∆(1T⁄)(二)霍尔效应霍尔电压:V H=R H IBd 。
对p型样品,R H=1pq;对n型样品,R H=−1nq。
故R H=V H d/IB(104cm3/C)。
实际情况下载流子并不是都具有相同的速度,它们具有一定的速度分布,并且不断地因受到散射而改变。
班 级__wl.10.b2___ 组 别_____________ 姓 名___陈婵___ _ 学 号 1100600050 日 期_2012.06.04__ 指导教师__贺老师【实验题目】 硅的霍尔系数及电阻率的测定 【实验目的】1.了解半导体和霍尔系数的一些基本原理;2.了解测温,加热的一些基本方法;3.学习范德堡尔法并用这个方法消除负阻效应;4.通过对测量数据的处理和转换,计算霍尔系数和电阻率.【实验仪器】BWH-I 霍尔效应测试仪;I 型-PMMR 永磁魔环.【实验原理】1. 电导率和温度的关系:(1)在低温区杂质部分电离,电导率随温度升高而增加; (2)在杂质电离饱和的温度区,漂移迁移率满足()()lp lp (300)300T T s m m s =且随温度升高而下降,导致电导率随温度升高而下降;(3)在高温区产生本征激发,温度升高使载流子急剧增加,且远超过迁移率随温度升高而下降的作用,故电导率随温度上升而急剧增大. 杂质在电离饱和区的电导率为LP A q N μσ=2. 霍尔效应:样品通以电流I,再与样品表面垂直方向加一磁场,样品中就会产生一个与电流方向和磁场方向垂直的电势差,既霍尔电压H H IBV R d=,式中H R 称为霍尔系数.通过推导可得霍尔系数43(10/)H H V d R cm C IB=.考虑到载流子不是以恒定速度运动,将上式修正为1H H nR pq m m 骣÷ç÷ç=÷ç÷ç÷桫.3.范德堡尔法:考虑到直接测量会因为接触面积小而增大接触电阻,但是用桥式样品容易破碎.利用范德堡尔法可以消除负阻效应,可以证明电阻率f R R d 22ln 41,2334,12+=πρ 式中f ≈1,34V V V I -= i V i V V R I=-=3434,12 41V V V II -= i Vi V V R II =-=4141,2324V V V III -= iV i V V R I I I=-=2424,13 故 f iV V d III 22ln +=πρ霍尔系数为: iV B d i V V B d R IIIH ∆=-∆=1324)( 式中B=0.376T.【实验内容】1. 熟悉实验仪器,熟练操作改变电流方向和磁场方向,以及如何测量I V ,II V ,III V .2. 室温下的霍尔系数及电阻率的测定:(1)电流正向,记下I V 和II V 的值.将电流反向,再次记下I V 和II V 的,分别计算出电阻率,然后求平均值.(2)电流正向,磁场分别为零和正,记下III V ;电流反向,磁场分别为零和负,再次记下III V ,分别计算出霍尔系数,然后求平均值.3. 电阻率随温度变化:改变温度,如上2.(1)测量电阻率.4. 霍尔系数随温度变化:改变温度,如上2.(2)测量霍尔系数.【原始数据】 一.电阻率样品温度/℃ I V /V II V /V -I V /V -II V /V 19.3(室温) 0.682 0.952 0.952 0.644 26.0 0.926 0.685 0.927 0.634 28.5 0.913 0.682 0.918 0.629 30.0 0.902 0.678 0.905 0.627 35.0 0.866 0.664 0.873 0.599 40.0 0.829 0.641 0.829 0.567 50.0 0.733 0.585 0.736 0.505 60.0 0.656 0.534 0.660 0.453 70.0 0.561 0.461 0.569 0.402 80.0 0.504 0.417 0.511 0.366 90.00.443 0.361 0.4510.329二.霍尔系数样品温度/℃ III V (+,0)/V III V (+,+)/V -III V (-,0)/V -III V (-,-)/V 26.0(室温) 0.209 0.265 0.249 0.271 28.5 0.199 0.255 0.244 0.263 30.0 0.260 0.240 0.308 0.261 35.0 0.176 0.224 0.233 0.251 40.0 0.162 0.205 0.228 0.245 50.0 0.124 0.161 0.211 0.226 60.0 0.096 0.123 0.192 0.204 70.0 0.078 0.099 0.164 0.172 80.0 0.090 0.087 0.143 0.149 90.0 0.0660.0760.1240.129i=100.00μA【数据处理】 1.由f iV V d III 22ln +=πρ 可得:1000/T 3.423.34 3.32 3.30 3.24 3.19 3.09 3.00 2.91 2.83 2.75 ln ρ 3.60 3.583.573.563.523.483.363.263.113.01 2.882.72.82.933.13.22.652.7 2.75 2.8 2.852.9 2.95ln ρ~(1000/T)y = 1.4375x-1.0681R^2 = 0.99441000/Tl n ρ图一既1000ln 1.441.0681Tr =- T=300K 时,ρ=41.4 Ω•m所以300s =1/ρ=0.0239 (1/Ω•m)2.由iV B d i V V B d R IIIH ∆=-∆=1324)( 可得: 1000/T 3.34 3,31 3.30 3.24 3.19 3.09 3.00 2.91 2.83 ln|R H | 0.37 -0.003 -0.11 -0.13 -0.22 -0.36 -0.65 -0.95 -3.22图二3. 由()()lp lp (300)300T T s m m s = 且 ()lp(300)m =480cm ²/v.s 300s =0.0239 (1/Ω•m) ()lp=19.8T Tm s ·lnT 5.68 5.70 5.71 5.71 5.73 5.75 5.78 5.81 5.84 5.87 5.90 ln μLP -2.90 -2.88 -2.87 -2.86 -2.82 -2.78 -2.66 -2.56 -2.412 -2.31 -2.18得到ln μLP 与lnT 的关系为:图三既ln μLP =3.45lnT-22.6既: 3.45lp1.58T m =T=300K 时, 8lp5.5618m = m ²/V ·S 4. 杂质浓度A N 值的计算:A N =σ/q μlp =82.6810´【实验数据分析总结】 数据总结:1.室温t=19.3℃时,电阻率ρ=36.6Ω·m 室温t=26℃时,霍尔系数R H =1.45m ³/C2.在19.6℃~90.0℃范围内,1000ln 1.44 1.0681Tr =-且随着温度升高电阻率和霍尔系数均减小。
半绝缘砷化镓电阻率、霍尔系数和迁移率测试方法
半绝缘砷化镓(GaAs)的电阻率、霍尔系数和迁移率是常用的材料性质参数,下面提供相关测试方法的参考内容:
1. 电阻率测试方法:
电阻率测试需要用到四点探针法或霍尔效应试验。
四点探针法需要在样品上放置4个电极,然后通过两端施加电流并测量电压得到电阻率。
霍尔效应试验需要在样品上以恒定的电流施加恒定的磁场,并测量在横向电压产生的霍尔电压,从而计算电阻率。
2. 霍尔系数测试方法:
霍尔效应试验也可用于测量霍尔系数。
在外加磁场和电流的作用下,通过横向电势和电流求解霍尔系数。
为了减小误差,需要使用高精度仪器进行测量,同时注意控制环境温度和磁场强度的影响。
3. 迁移率测试方法:
迁移率是指电子在电场下的运动能力,可通过霍尔系数和电阻率计算得到。
具体测试方法需结合实验仪器和测试目的进行选择,例如,可采用霍尔效应试验+电阻率测试、光学脉冲法或场效应晶体管测试方法。
注意事项:
在测试过程中,应根据实际情况选择最合适的实验方案和仪器设备,以保证测试结果的准确性和可重复性。
同时,应注意处理样品表面和接触的清洁问题,还需合理安排实验步骤和控制环境因素,例如温度和磁场等,以减小误差的影响。
硅的载流子迁移率一、前言硅是半导体材料中最常见的一种,其载流子迁移率是影响半导体器件性能的重要参数之一。
本文将从硅的基本结构、载流子迁移率的定义和影响因素、测量方法和应用等方面对硅的载流子迁移率进行全面详细的介绍。
二、硅的基本结构硅是周期表中第14族元素,原子序数为14,属于非金属。
在自然界中以二氧化硅(SiO2)的形式存在,是地壳中含量最多的元素之一。
硅晶体具有面心立方结构,每个晶格点上有一个原子,晶体中每个原子都与四个相邻原子成共价键连接。
三、载流子迁移率的定义和影响因素1.定义载流子迁移率(Mobility)指单位电场下载流子在半导体材料中运动所需时间与自由电荷密度之比。
其单位为cm2/Vs。
2.影响因素(1)掺杂浓度:掺杂浓度越高,杂质离子与主体晶格相互作用增强,使得载流子受到散射而降低迁移率。
(2)晶体质量:晶体缺陷、杂质等会影响载流子的迁移。
(3)温度:温度升高时,晶格振动增大,相应地,散射作用增强,迁移率降低。
(4)电场强度:电场强度越大,载流子受到的阻力越大,迁移率降低。
四、测量方法1.霍尔效应法该方法是通过测量半导体材料中的霍尔电压和磁场来确定载流子迁移率。
该方法测量精度高,但需要专门的实验设备和技术。
2.四探针法该方法是通过在半导体材料中加入一定电流后测量其电阻率来计算载流子迁移率。
该方法简单易行,但对半导体材料样品要求较高。
五、应用硅的载流子迁移率是影响半导体器件性能的重要参数之一。
在集成电路制造中,为了提高器件性能和稳定性,需要控制硅片中掺杂浓度、晶格缺陷等因素对载流子迁移率的影响。
在太阳能电池、光伏发电等领域也需要对硅的载流子迁移率进行研究和控制。
六、总结本文从硅的基本结构、载流子迁移率的定义和影响因素、测量方法和应用等方面对硅的载流子迁移率进行了全面详细的介绍。
希望能够为读者提供有关硅材料及其应用领域的知识。
半绝缘砷化镓电阻率、霍尔系数和迁移率测试方法半绝缘砷化镓(SiGaAs)是砷化镓掺杂硅的一种衍生物,它的介电常数比传统的砷化镓低,因此被广泛应用于高频电子器件中。
半绝缘砷化镓的电性能参数包括电阻率、霍尔系数和迁移率等,这些参数对材料性能的评估和应用具有重要意义。
本文将介绍半绝缘砷化镓电性能参数的测试方法。
1. 电阻率测试方法电阻率是材料电流通过时所遇到的阻力,它可以用来评估材料导电性能的好坏。
半绝缘砷化镓的电阻率通常在室温下测试,具体的测试方法如下:(1)制备测试样品,尺寸一般为5×5 mm^2左右,厚度为200~300 μm。
(2)使用电子束蒸发技术在样品表面制备阻抗表,并使用金属探针测量其电阻。
(3)将样品放在常温下,等待其达到恒温状态,记录下当前温度。
(4)通过Ohm's Law计算出样品的电阻率。
2. 霍尔系数测试方法霍尔系数是描述材料电性能的指标之一,它可以评估材料导体类型和掺杂水平等参数。
半绝缘砷化镓的霍尔系数可以通过以下方法进行测试:(1)制备测试样品,尺寸为2×2 mm^2左右,厚度为200~300 μm。
(2)在样品边缘处打孔,并使用金属探针将电流引入材料并测量电压。
(3)在另一侧边缘打孔,并使用金属探针测量样品的横向电场强度。
(4)使用Ohm's Law计算出样品的霍尔系数。
3. 迁移率测试方法迁移率是描述材料电性能的指标之一,它可以评估电子在材料中的迁移情况。
半绝缘砷化镓的迁移率可以通过以下方法进行测试:(1)制备测试样品,尺寸为2×2 mm^2左右,厚度为200~300 μm。
(2)在样品表面介入微观观察电子的移动状况,通常可以采用谷电镜和扫描电镜等设备。
(3)通过对电子的运动轨迹进行分析,计算出电子迁移率。
以上就是半绝缘砷化镓电性能参数的测试方法,通过对这些参数的测试,可以评估材料的电性能和适用范围,从而为半绝缘砷化镓的应用提供参考依据。
半绝缘砷化镓电阻率、霍尔系数和迁移率测试方法半绝缘砷化镓是一种特殊的材料,具有很高的电子迁移率和较小的禁带宽度,因此在半导体器件中有着广泛的应用。
要评估半绝缘砷化镓材料的性能,最常用的方法是通过测量其电阻率、霍尔系数和迁移率来进行。
在本文中,我们将介绍半绝缘砷化镓电阻率、霍尔系数和迁移率的测试方法以及相关的参考内容。
1. 半绝缘砷化镓电阻率测试方法半绝缘砷化镓的电阻率可以通过四探针法或两探针法进行测试。
其中,四探针法是最精确的方法,可以得到非常准确的电阻率值。
具体测试步骤如下:1)将待测试的半绝缘砷化镓样品切成四方形,并在其四个角落固定铜针。
2)通过电流源将电流输送到两个铜针间,同时测量这两个针间的电压。
3)将电流源接到另外两个铜针间,同时测量这两个针间的电压。
4)通过计算得出电阻率的值,公式为:ρ = (πab)/ln(2L/a) ,其中a、b、L分别代表四边形的长、宽和两个针间的距离。
2. 半绝缘砷化镓霍尔系数测试方法霍尔系数是评估半绝缘砷化镓性质的重要参数之一,它可以通过霍尔效应来测量。
具体测试步骤如下:1)将待测试的半绝缘砷化镓样品通过三根引线连接到电流源和电压表上。
2)在半绝缘砷化镓样品上施加一个垂直于电流方向的磁场,这个磁场可以通过一个永磁体或电磁铁产生,同时测量样品两端的电压。
3)通过测量得出电流、电压和磁场的值,可以通过公式Rxy= Vxy/I(B/H),求得霍尔系数值,其中Vxy表示垂直于电流方向的电压,I表示电流强度,B表示磁场强度,H表示半导体厚度。
3. 半绝缘砷化镓迁移率测试方法半绝缘砷化镓的迁移率是影响器件性能的重要参数之一,它可以通过霍尔系数和电阻率来计算,具体测试步骤如下:1)通过霍尔系数测量得到半绝缘砷化镓样品中电子的迁移度。
2)通过电阻率和霍尔系数计算出电子的迁移率,公式为μ = Rxy/(ρe) ,其中Rxy表示霍尔系数,ρe表示电子的电阻率。
总结:半绝缘砷化镓是一种重要的半导体材料,其性质可以通过电阻率、霍尔系数和迁移率来评估。
非本征半导体单晶霍尔迁移率和霍尔系数测量方法1范围本文件规定了非本征半导体单晶材料霍尔迁移率和霍尔系数的测量方法。
本文件适用于锗、硅、砷化镓、磷化镓、磷化铟、锑化镓、锑化铟、硫化镉、氧化镓、高纯锗单晶材料霍尔迁移率和霍尔系数的测量,也适用于电阻率小于108Ω·cm其他半导体单晶材料霍尔迁移率和霍尔系数的测量。
2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。
其中,注日期的引用文件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T14264半导体材料术语3术语和定义GB/T14264界定的以及以下术语和定义适用于本文件。
3.1电阻率resistivity材料中平行于电流的电位梯度与电流密度之比。
电阻率应在零磁通下测量。
电阻率是材料参数中可直接测量的量。
在具有单一类型载流子的非本征半导体材料中,电阻率与材料基本参数的关系见公式(1):ρ=(neμ)-1 (1)式中:ρ——电阻率,单位为欧姆•厘米(Ω.·cm);n——载流子浓度,单位为每立方厘米(cm-3);e——电子电荷值,单位为库仑(C);μ——载流子迁移率,单位为平方厘米/(伏·秒)(cm2/V·s)。
对于本征半导体和某些p型半导体如p-Ge(存在两种空穴),电阻率与材料基本参数的关系见公式(2):n i eμi)-1 (2)ρ=(i式中:n i、μi——表示第i种载流子相关的量。
3.2霍尔系数hall coefficient在半导体单晶材料试样上同时加上互相垂直的电场和磁场,则试样中的载流子将在第三个互相垂直的方向上偏转,在试样两侧建立的横向电场,见图1。
霍尔系数是霍尔电场对电流密度和磁通密度之积的比,按公式(3)进行计算。
R H =r X z E J B ⨯ (3)式中:R H ——霍尔系数,单位为立方厘米每库仑(cm 3/C );E Y ——横向电场,单位为伏/厘米(V/cm );J X ——电流密度,单位为安培每平方厘米(A·cm -2);B Z ——磁通密度,单位为高斯(Gs )。
实验四硅的霍尔系数和迁移率的测量
四.实验方法
1.霍尔电压VH 的测量
应该说明,在产生霍尔效应的同时,因伴随着多种副效应,以致实验测得的
A、A 两电极之间的电压并不等于真实的VH 值,而是包含着各种副效应引起的附加电压,因此必须设法消除。
根据副效应产生的机理(参阅附录)可知,采用电流和磁场换向的对称测量法,基本上能够把副效应的影响从测量的结果中消除,具体的做法是Is 和B(即lM)的大小不变,并在设定电流和磁场的正、反方向后,依次测量由下列四组不同方向的Is 和B 组合的A、A′两点之间的电压V1、V2、V3、和V4 ,即
五、实验内容。
硅的霍耳系数和电导率测量一、目的掌握测量霍耳系数和电导率的实验方法,测出硅的霍耳系数和电导率随温度变化的数据,确定硅的导电类型。
二、基本原理一块宽为a、厚为b的长方形半导体(见图1)。
若在x方向上有均匀的电流I X流过,再Z方向上加均匀磁场B z,那么在这块半导体A、B两点间(即Y方向上)产生一电位差,这种现象称为霍耳效应。
从实验中发现,在弱磁场情况下,霍耳电场E y的大小与电流密度J X 和磁场强度B z成正比,即E y=RJ X B z由上式可得R=E y / J X B z (1)R称为霍耳系数。
在实验上直接测量的是霍耳电位差V H。
因为,E y=V H / aJ X=I X / ab(1)式可以写为R=V H b / I X B z (2)如果(2)式中各量所用的单位是V H-伏;I X-安培;B z-高斯;b-厘米;R-厘米3/库仑,则应该在(2)式中引入单位变换因子108,把它写成如下形式:R=( V H b /I X Bz ) * 108 (3)上式为实验中实际应用的公式。
因为电子和空穴的漂移运动是相反的,但是电荷符号也是相反的,磁场对它们的偏转作用力方向相同。
结果在边界上积累的电荷两种情况下相反,因此霍耳电场和电势差是相反的。
照这个道理可以区别电子性导电(n型)和空穴导电(P型)。
当E Y>0,为p型,E Y<0,为n 型。
在霍耳效应的简单理论中,对电子和空穴混合导电的半导体,霍耳系数为:R=( pμp2-nμn2)/﹝( pμp+nμn )2 e﹞ (4)对n型半导体可简化为: R=﹣1 / ne (5)对p型半导体可简化为: R= 1 / pe (6) (4)、(5)、(6) 各式中,n和p分别表示电子和空穴浓度,μp 和μn 分别为电子和空穴的迁移率。
图2给出两个硅样品霍耳系数随着温度变化的实验曲线。
样品1是n型的,样品2是p 型的。
在图2中,样品1的曲线AB部分差不多是一水平线,在这一段温度范围,施主能级上的电子几乎全部跃迁到导带中去了,而本征激发是可以忽略的,因而表现出温度升高导带中电子密度不变。
实验四霍尔效应法测量半导体的载流子浓度、电导率和迁移一、实验目的1.了解霍尔效应实验原理以及有关霍尔元件对材料要求的知识。
2.学习用“对称测量法”消除副效应的影响,测量并绘制试样的VH-IS和VH-IM 曲线。
3.确定试样的导电类型、载流子浓度以及迁移率。
二、实验原理置于磁场中的半导体,如果电流方向与磁场垂直,则在垂直于电流和磁场的方向会产生一附加的横向电场,这个现象是霍普斯金大学研究生霍尔于1879年发现的,后被称为霍尔效应。
随着半导体物理学的迅速发展,霍尔系数和电导率的测量已成为研究半导体材料的主要方法之一。
通过实验测量半导体材料的霍尔系数和电导率可以判断材料的导电类型、载流子浓度、载流子迁移率等主要参数。
若能测量霍尔系数和电导率随温度变化的关系,还可以求出半导体材料的杂质电离能和材料的禁带宽度。
如今,霍尔效应不但是测定半导体材料电学参数的主要手段,而且随着电子技术的发展,利用该效应制成的霍尔器件,由于结构简单、频率响应宽(高达10GHz)、寿命长、可靠性高等优点,已广泛用于非电量测量、自动控制和信息处理等方面。
在工业生产要求自动检测和控制的今天,作为敏感元件之一的霍尔器件,将有更广阔的应用前景。
了解这一富有实用性的实验,对日后的工作将有益处。
霍尔效应从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力作用而引起的偏转。
当带电粒子(电子或空穴)被约束在固体材料中,这种偏转就导致在垂直电流和磁场的方向上产生正负电荷的聚积,从而形成附加的横向电场,即霍尔电场。
对于图(1)(a)所示的N型半导体试样,若在X方向的电极D、E上通以电流Is,在Z方向加磁场B,试样中载流子(电子)将受洛仑兹力:(1)其中e为载流子(电子)电量,为载流子在电流方向上的平均定向漂移速率,B为磁感应强度。
(a)(b)图(1) 样品示意图无论载流子是正电荷还是负电荷,Fg的方向均沿Y方向,在此力的作用下,载流子发生便移,则在Y方向即试样A、A´电极两侧就开始聚积异号电荷而在试样A、A´两侧产生一个电位差VH,形成相应的附加电场E—霍尔电场,相应的电压VH称为霍尔电压,电极A、A´称为霍尔电极。
硅的迁移率1. 简介硅是一种常见的半导体材料,广泛应用于集成电路和光电器件等领域。
硅的迁移率是刻画其载流子迁移速度的重要物理参数。
本文将介绍硅的迁移率的定义、影响因素、测量方法以及应用领域等内容。
2. 硅的迁移率定义硅的迁移率是指载流子在硅材料中迁移的速度。
由于半导体材料中存在着自由载流子(电子和空穴),在外电场的作用下,这些载流子会发生迁移,从而形成电流。
迁移率描述了载流子在外电场下的迁移能力。
3. 影响硅迁移率的因素硅的迁移率受多种因素影响,包括: #### 3.1 杂质浓度杂质是硅材料中不纯的元素或化合物,杂质浓度的增加会降低硅的迁移率。
这是因为杂质的存在会增加硅材料的离子化程度,使得载流子受到更多的散射,从而减慢迁移速度。
3.2 温度硅的迁移率随着温度的增加而增加。
这是因为温度的升高会增加载流子的热能,从而减小散射现象,促使载流子更好地迁移。
3.3 应力外加应力可以改变硅材料中的键长和键角,从而影响载流子的迁移。
压缩应力可以增加迁移率,而拉伸应力则会降低迁移率。
3.4 结构缺陷硅材料中的结构缺陷(如位错、晶界)会限制载流子的迁移,因此会降低硅的迁移率。
4. 硅迁移率的测量方法硅的迁移率可以通过多种实验方法进行测量,包括霍尔效应测量、场效应晶体管测量和时间域电荷输运测量等。
4.1 霍尔效应测量霍尔效应测量是一种常用的测量硅迁移率的方法。
该方法需要制备一片有霍尔结构的硅样品,在外加磁场和电场的作用下,测量霍尔电压和电流。
通过霍尔常数和电阻等参数计算得到硅的迁移率。
4.2 场效应晶体管测量场效应晶体管的导电性依赖于硅材料中的载流子迁移率。
通过测量场效应晶体管的维持电流和门极电压,可以得到硅的迁移率。
4.3 时间域电荷输运测量时间域电荷输运测量是一种直接测量硅迁移率的方法。
该方法利用超快激光脉冲在硅材料中产生载流子,并通过测量载流子的传播速度和生存时间来计算迁移率。
5. 硅迁移率的应用硅的迁移率是衡量硅材料性能的重要参数,对于半导体器件的设计和制造具有重要意义。
实验四硅的霍尔系数和迁移率的测量
四.实验方法
1.霍尔电压VH 的测量
应该说明,在产生霍尔效应的同时,因伴随着多种副效应,以致实验测得的
A、A 两电极之间的电压并不等于真实的VH 值,而是包含着各种副效应引起的附加电压,因此必须设法消除。
根据副效应产生的机理(参阅附录)可知,采用电流和磁场换向的对称测量法,基本上能够把副效应的影响从测量的结果中消除,具体的做法是Is 和B(即lM)的大小不变,并在设定电流和磁场的正、反方向后,依次测量由下列四组不同方向的Is 和B 组合的A、A′两点之间的电压V1、V2、V3、和V4 ,即
五、实验内容。