电导率与载流子迁移率56页PPT

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。

第四章半导体的导电性4.1 载流子的漂移运动和迁移率1. 欧姆定律的微分形式R V I =欧姆定律：它反映了通过导体中某一点的电流密度与该处的电场强度及材料的电导率之间的关系。

欧姆定律的微分形式：反应了在电压作用下，导体通过了多少电流。

ρσ1=为电导率[S/m ]EJ σ=2. 漂移速度与漂移迁移率n 载流子在电场力作用下的定向运动称为漂移运动。

n 定向运动的速度称为漂移速度。

热平衡时，电子的热运动完全随机，净电流为零。

电子作无规则的热运动，与其它粒子发生碰撞，遭到散射。

有外力时（加电场），电子一方面作漂移运动，另一方面受到散射。

无外力时，d v漂移速度是一个平均值，且是一个有限值，用 表示漂移迁移率电流密度与平均漂移速度的关系：d v E μ=n d J nqv E σ=-=平均漂移速度与电场强度成正比：迁移率只取正值d v E μ= 迁移率是单位电场强度下载流子的平均漂移速度的绝对值。

迁移率反应载流子在电场中漂移运动的难易程度。

电子迁移率[ ， ]⋅s /V m 2⋅s /V cm 2⋅μσnq =电导率：n d J nqv Eσ=-=d v Eμ=n J nq E E μσ==3. 半导体中载流子的漂移运动电子和空穴漂移方向相反，但形成的漂移电流密度与电场方向一致。

()n p n p J J J nq pq E Eμμσ=+=+=电子迁移率空穴迁移率pn pq nq μμσ+=可得到半导体的电导率为：n nq μσ=p pq μσ=()i n p n q σμμ=+ n 型半导体： n >> pp 型半导体： p >> n本征半导体： n = p = n i pn pq nq μμσ+=在相同的外电场作用下：p n μμ>价带的空穴运动是共价键上的电子在共价键的等价位置之间的自由运动（受共价键的束缚）。

导带的电子运动是准自由电子的运动；。