物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告變溫霍爾效應(yīng)

1、學(xué)號(hào)：PB07203143：院（系）：物理系 變溫霍爾效應(yīng)【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?、 通過(guò)該實(shí)驗(yàn)，學(xué)習(xí)利用變溫霍爾效應(yīng)測(cè)量半導(dǎo)體薄膜的多種電學(xué)性質(zhì)的方法。2、 掌握霍爾系數(shù)、霍爾遷移率和電導(dǎo)率的測(cè)量方法，了解它們隨溫度的變化規(guī)律。3、 測(cè)定樣品的導(dǎo)電類型和載流子濃度，并計(jì)算出禁帶寬度和雜質(zhì)電離能等?！緦?shí)驗(yàn)原理】1、半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)和載流子濃度本征半導(dǎo)體中本征載流子（電子和空穴）總是成對(duì)出現(xiàn)的，它們的濃度相同，本征載流子濃度僅取決于材料的性質(zhì)（如材料種類和禁帶寬度）及外界的溫度。若所摻雜質(zhì)的價(jià)態(tài)大于基質(zhì)的價(jià)態(tài)，即施主雜質(zhì)，稱為 n 型半導(dǎo)體；若所摻雜質(zhì)的價(jià)態(tài)小于基質(zhì)的價(jià)態(tài)，即受主雜質(zhì)，稱為 p 型半導(dǎo)體。

2、當(dāng)導(dǎo)帶中的電子和價(jià)帶中的空穴相遇后，電子重新填充原子中的空位，導(dǎo)致相應(yīng)的電子和空穴，這過(guò)程叫做電子和空穴的復(fù)合。在這一過(guò)程中，電子從高能態(tài)的導(dǎo)帶回到低能態(tài)的價(jià)帶，多余的能量以熱輻射的形式（無(wú)輻射復(fù)合）或光輻射的形式（輻射復(fù)合）放出。當(dāng)溫度在幾十 K 左右時(shí)，只有很少受主電離，空穴濃度 P 遠(yuǎn)小于受主濃度，曲線基本上為直線，由斜率到受主電離能 Ei。當(dāng)溫度升高到雜質(zhì)全電離飽和區(qū)，載流子濃度與溫度無(wú)關(guān)當(dāng)在本征激發(fā)的高溫區(qū)，由曲線的斜率可求出禁帶寬度 Eg2、電導(dǎo)率和遷移率半導(dǎo)體中同時(shí)有兩種載流子導(dǎo)電時(shí)，在過(guò)渡區(qū)及本征激發(fā)區(qū)電導(dǎo)率可寫(xiě)為：p 型半導(dǎo)體設(shè) ps 為雜質(zhì)全部電離產(chǎn)生的空穴飽和濃度，p =

3、 ps + n則3、霍爾效應(yīng)及其測(cè)量如右圖，霍爾系數(shù)在考慮霍爾效用時(shí)，由于載流子沿 y 方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，造成在 x 方向定向運(yùn)動(dòng)的速度出現(xiàn)統(tǒng)計(jì)分布。考慮載流子遷移率 = v /E 時(shí)，應(yīng)采用速度的統(tǒng)計(jì)平均結(jié)果 vH穩(wěn)態(tài)時(shí)，y方向的電場(chǎng)力與力相抵消，故有對(duì) p 型半導(dǎo)體，當(dāng)溫度處在較低的雜質(zhì)電離區(qū)時(shí)在溫度逐漸升高的過(guò)程中，電子由價(jià)帶激發(fā)到導(dǎo)帶的過(guò)程加劇，出現(xiàn)兩種載流子導(dǎo)電機(jī)制。溫度進(jìn)一步升高，的電子從價(jià)帶激發(fā)到導(dǎo)帶，使，故有。隨后 RH 將會(huì)達(dá)到其極值 RHM。3、法測(cè)量電阻率和效應(yīng)原理圖如右圖，在樣品側(cè)邊制作四個(gè)電極，依次在一對(duì)相鄰的電極用來(lái)通入電流，另一對(duì)電極之間測(cè)量電位差。電阻率由于兩霍爾電

4、極位置不對(duì)稱引起的，叫失排電壓。設(shè) B、D 電極之間電壓 Vo，在 B、C 電極間電壓m，在理想范德堡樣品中。電流線分布在磁場(chǎng)前后是不變的，因而加磁場(chǎng)后等位面的改變使 B、D 間電壓改變（Vm-Vo）完全是由于霍爾效應(yīng)引起的，即電壓改變量就是霍爾電壓。4、霍爾效應(yīng)測(cè)量中的副效應(yīng)及其消除方法在測(cè)量系數(shù)時(shí)，由于存在一系列電磁和熱磁副效應(yīng)，使得數(shù)字電壓表測(cè)出的電位差 VAB 并不等于樣品的電位差 VH，而是包括了由各種副效應(yīng)引起的附加電位差與 VH 之和。這些副效應(yīng)主要有以下幾種。由于電極 A 與 B 不能真正制作在同一等位面上，所以即使在沒(méi)有加磁場(chǎng) B 的情況下，A、B 間也有一個(gè)電位差，其正負(fù)與

5、電流 I 的方向有關(guān)。由于載流子漂移速度有一定的分布范圍，當(dāng)它們?cè)诖艌?chǎng)作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)時(shí)，速度快的高能粒子最早在 y 方向形成積累，于是在 y 方向兩霍爾電極之間出現(xiàn)溫度差，產(chǎn)生溫差電壓 VE。這就叫森效應(yīng)。不難看出，VE 的極性總是與 VH 一致，與 B 和 I 方向有關(guān)。在沿 x 方向給樣品加電流時(shí)，兩個(gè)端電極與樣品的接觸電阻不同，產(chǎn)生的焦不同，將造成沿電流方向的溫差，有溫度梯度就會(huì)有載流子的熱擴(kuò)散流。在橫向磁場(chǎng)作用下，同樣也要發(fā)生偏轉(zhuǎn)，積累，產(chǎn)生附加的霍爾電壓 VN。這種效應(yīng)叫能斯脫效應(yīng)。VN 的極性只隨磁場(chǎng)方向改變。上述熱擴(kuò)散速度也有個(gè)分布，從森效應(yīng)的分析不難看出，熱擴(kuò)散的載流子在橫向磁場(chǎng)作用下向 y 方向積累的結(jié)果使霍爾電極間有溫差電壓 VR。這叫里紀(jì)勒效應(yīng)。V