硅的霍尔效应实验报告

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：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。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=NA+n=ps+n,其中NA为受主杂质浓度，ps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=4.0*则有：p=(σ利用p∙n=AT3exp⁡(E（二）霍尔效应霍尔电压：VH=RHIBd。对p型样品，RRH=(其中μp和μn分别为空穴和电子的电导迁移率，μHP型半导体霍尔系数与温度关系：（1）杂质电离饱和区，RH>0；（2）温度升高时，价带上电子开始激发到导带，当温度升高到p=nb2时，RH=0；（3）温度再升高时，RH<0，之后到达一个极值。此时p=NA+n，当n=N（三）范德堡法测量任意形状薄片的电阻率及霍尔系数。考虑一任意形状、厚度为d、中间没有空洞的薄样品，边缘有四个接脚1,2,3,4，可证明电阻率ρ=其中R12,34=V其中i12代表电流自1流向2，测量4与3之间的电位差求得R如果接触点在样品四周边界上且接触点足够小，样品厚度均匀且没有空洞，在垂直样品表面加一磁场，电流自1流向3，则RHR（四）实验中的负效应及其消除方法1.Ettingshausen效应在垂直于电流方向的样品两端会产生温差电动势，此电动势与电流、磁场的方向均有关系。2.能斯特效应如果样品两端电极接触电阻不同，会产生不同焦耳热，使之间有热流与温度梯度，沿着温度梯度有扩散倾向的空穴受到磁场作用偏转，与霍尔效应一样产生一个电势差，与磁场方向有关。Right-Leduc效应由于空穴扩散产生的与Ettingshausen效应相仿的温差电动势，只与磁场的方向有关。实验过程：1.打开除加热部分之外的所有仪器，将电流置于正向；2.将磁场置于平行于电流方向，在室温下依次测量VⅠ、VⅡ、VⅢ(+I,0)，将电流反向后，依次测量-VⅠ，-VⅡ，VⅢ(-I,0)。之后将磁场分别调整至正向和反向，测量出3.打开加热部分，将加热电压调整至合适的值（25-30V），设定不同的温度，此实验中温度设定范围是室温到166摄氏度，测量间隔见表。在每个温度下重复2的测量得到八个测量值。4.实验完毕，将设定温度调回室温附近，关闭仪器，收拾实验台。数据处理要求：1.根据公式εmV=at+bt2+ct3计算出每个设定温度下实际的样品温度,其中ε2.根据公式计算出每个温度下的电阻率及霍尔系数。见表。3.作lnρ-(4.计算杂质电离饱和区空穴迁移率μLp，并作出lnμLp-lnT曲线，假定μLp5.利用实验数据计算b值，与极值温度下用μ-T关系算出的b值相比较。讨论其差别。6.求出杂质浓度NA7.在产生本征激发的温度范围内，计算空穴浓度p、电子浓度n，作lnp-(1000T)和ln数据处理结果：lnρ-(1000杂质电离饱和区的温度范围大概是室温（295K）至330K左右。杂质电离饱和区的霍尔系数约为90*104cm3C，计算得NA=3π8qRHs=8.18*1012cm-3,而最高测量温度时lnμ在低温处（即杂质电离饱和区）进行拟合的μ注：此图像在高温区实际没有意义，因为在杂质电离饱和区之外公式9-1-1已失去意义。此处画出高温部分是因为所用软件自动读数生成。估算b值：由于RH极值=-RHs(b-1)24b，RHs约为90*10求禁带宽度Eglnp-(1000T由ln⁡(p*nT3)-(1000附录：由公式εmV=at+bt2+ct3#include<stdio.h>voidmain(){doublea,b,c1,c2,c3,sum;c1=38.27;c2=0.0529;c3=-0.000106;loop:scanf("%lf",&a);for(b=0;b<=170;b=b+0.0001){sum=c1*b+c2*b