Министерство общего и специального образования
Саратовский Государственный Технический Университет
Лабораторная работа по физике:
«Эффект Холла»
Выполнил:
Саратов 2001
Цель работы: изучение эффекта Холла в полупроводнике; исследование зависимости э.д.с. Холла от напряженности внешнего магнитного поля (градуировка датчика Холла); определение постоянной Холла, концентрации и подвижности носителей заряда в полупроводнике; исследование распределения магнитного поля вдоль оси короткого соленоида; сравнение с теоретической зависимостью.
Основные понятия.
Эффект Холла заключается в том, что если металлическую пластинку, вдоль которой течет постоянный электрический ток, поместить в перпендикулярное к ней магнитное поле, то между параллельными направлению тока и поля гранями возникает разность потенциалов.
–
l
+
+ + + + + +
– – – – – – –
а
d
где:
– вектор магнитной индукции,
– вектор плотности тока,
– вектор скорости,
– сила Лоренца,
– внешнее электрическое поле,
– поле Холла,
– холловская разность потенциалов,
a – длинна полупроводника,
l – высота полупроводника,
d – ширина полупроводника.
При включении электрического поля в полупроводнике протекает ток. Под действием электрического поля носители заряда получают скорость направленного движения (дрейфовую скорость) против поля для электронов и по полю для дырок.
При включении магнитного поля на электроны и дырки действует сила Лоренца, перпендикулярная векторам скорости и магнитной индукции. Из уравнения движения носителей заряда следует, что за время между двумя соударениями электроны и дырки приобретают скорость
П
одставив это соотношение в формулу
получаем, что сила Лоренца не зависит от знака носителей заряда и действует в направлении, перпендикулярном векторам и :
В результате действия силы отрицательные заряды отклоняются к верхней грани, а на нижней появляется их недостаток – положительный заряд. Аналогично осуществляется перераспределение положительных зарядов. Противоположные грани образца заряжаются и возникает электрическое поле. Это поле носит название поля Холла. Направление поля Холла зависит от знака носителей заряда. До наложения на образец магнитного поля эквипотенциальные поверхности представляли плоскости, перпендикулярные вектору . Величина будет расти до тех пор, пока поперечное поле не скомпенсирует силу Лоренца. После этого носители заряда будут двигаться как бы под действием одного поля и траектория движения будет представлять собой прямую линию вдоль оси х. Суммарное электрическое поле будет повернуто на некоторый угол относительно оси х или у.
Таким образом, в ограниченном полупроводнике или металле поворачивается вектор электрического поля между и возникает угол , называемый углом Холла. Эквипотенциальные поверхности при этом повернуты на угол относительно их первоначального положения, поэтому в точках, лежащих в одной плоскости, перпендикулярной появляется разность потенциалов , которая называется холловской разностью потенциалов.
Холл экспериментально определил, что четыре величины связаны эмпирическим соотношением:
Проведение эксперимента
Определение сопротивления датчика
i, мА | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 |
, дел | 9 | 12 | 19 | 22 | 29 | 33 |
, мВ | 90 | 120 | 190 | 220 | 290 | 330 |
Удельное сопротивление датчика
, мА | дел. | мкВ | дел. | мкВ | В, мТл | мкВ |
10 | 8 | 0,8 | 0 | 0 | 1 | 0,4 |
20 | 9 | 0,9 | 2 | 0,2 | 2 | 0,6 |
30 | 11 | 1,1 | 3 | 0,3 | 3 | 0,7 |
40 | 12 | 1,2 | 5 | 0,5 | 4 | 0,9 |
50 | 14 | 1,4 | 6 | 0,6 | 5 | 1 |
60 | 16 | 1,6 | 8 | 0,8 | 6 | 1,2 |
Градуировочная прямая
Нахождение постоянной Холла R, концентрации n и подвижности .
Х | -50 | -40 | -30 | -20 | -15 | -10 | -5 | 0 | 5 | 10 | 15 | 20 | 30 | 40 | 50 |
дел. | 6,7 | 6,8 | 8,2 | 8,3 | 9,2 | 10,5 | 14,2 | 15 | 14 | 11 | 9 | 8,5 | 8 | 7 | 6,5 |
мкВ | 0,67 | 0,68 | 0,82 | 0,83 | 0,92 | 1,05 | 1,42 | 1,5 | 1,4 | 1,1 | 0,9 | 0,85 | 0,8 | 0,7 | 0,65 |
Впо граф | 2,6 | 2,72 | 3,63 | 3,7 | 4,29 | 5,13 | 7,53 | 8,05 | 7,4 | 5,45 | 4,16 | 3,83 | 3,5 | 2,86 | 2,53 |
Зависимость В от Х
Расчет погрешностей
Расчет погрешности сопротивления датчика Холла
2. Нахождение удельного сопротивления датчика
3. Расчет погрешностей постоянных А и С в градуировочной прямой
4. Расчет концентрации носителей и ее погрешности
5. Расчет подвижности носителей тока и ее погрешности
6. Расчет распределения магнитной индукции вдоль оси соленида
Вывод: после изучения эффекта Холла в полупроводнике была построена градуировочная прямая датчика Холла и определена постоянная Холла, концен-трация носителей заряда, а также подвижность носителей.
Другие работы по теме:
Магнитоэлектрические преобразователи
Лабораторная работа «Магнитоэлектрические преобразователи» Цель: Исследовать магнитное поле постоянного магнита, используя датчик Холла. Общие понятия
Шпоры по химии
(В)=m (В) M Ф.Е. (В)=М(В)/Z(B) Закон Авогадро Закон эквивалентов (А)/М (В)=(М(А)/z )/(M(B)/z Концентрация 1.Массовая доля w=m 2.Молярная концентрация С
К вопросу о металлической связи в плотнейших упаковках химических элементов
К вопросу о металлической связи в плотнейших упаковках химических элементов Г.Г.Филипенко Гродно АННОТАЦИЯ. Обычно в литературе металлическая связь описывается, как осуществленная посредством обобществления внешних электронов атомов и не обладающая свойством направленности. Хотя встречаются попытки (см. ниже ) объяснения направленной металлической связи т.к. элементы кристализуются в определенный тип решетки.
Физика полупроводников
Лазарь Соломонович Стильбанс ФИЗИКА ПОЛУПРОВОДНИКОВ Книга представляет собой систематическое рассмотрение основных разделов физики полупроводников: качественного и количественного описания строения полупроводниковых кристаллов, энергетического спектра и статистики электронов и фононов, теории явлений переноса, оптических и фотоэлектических свойств и контактных явлений.
Эффект Холла
БЛАГОВЕЩЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Курсовая на тему Эффект Холла Выполнила: Проверил: 2005 Содержание Общие сведения__________________________3
Измерение СВЧ мощности
Выбор метода измерения СВЧ в зависимости от необходимой точности, диапазона находимой мощности, сложности конструкции измерителя и стоимости прибора. Диагностирование поглощаемой и проходящей силы источника электромагнитных колебаний (генератора).
Магнітне поле рухомого заряду
Сутність і основні характерні властивості магнітного поля рухомого заряду. Тлумачення та дія сили Лоуренца в магнітному полі, характер руху заряджених частинок. Сутність і умови появи ефекту Холла. Явище електромагнітної індукції та його характеристики.
Магнитная индукция
Магнитная индукция В численно равна отношению силы, действующей на заряженную частицу со стороны магнитного поля, к произведению абсолютного значения заряда и скорости частицы, если направление скорости частицы таково, что эта сила максимальна.
Изучение эмоционального интеллекта детей и подростков на эмпирическом уровне
Проблема исследования. Большое количество ученых занимается проблемой эмоционального интеллекта. Они работают над развитием составляющих эмоционального интеллекта, как факторов, способствующих личностному и профессиональному росту личности. Но стоит отметить, что на данный момент существует мало работ, посвященных исследованию эмоционального интеллекта детей и подростков.
Условия патентоспособности изобретений
Под патентоспособностью понимают свойство решения, благодаря которому оно может быть признано изобретением в соответствии с патентным законодательством определенной страны. Оценка и требование промышленной применимости. Значение формулы изобретения.
Значение интегративной юриспруденции
Право как социальное явление и как часть социального опыта представляет столь важный элемент социального бытия, что в этом своем качестве оно выполняет не менее важные социальные функции, чем, скажем, устройство государства.
Эффект Брэдли
Эффект Брэдли (также именуемый эффект Вильдера, эффект Динкинса) — феномен, часто наблюдаемый в политической жизни США и других стран с непростыми межрасовыми отношениями, который выражается в проявлении политики двойных стандартов избирателями, когда в предвыборной кампании участвуют белые и небелые кандидаты.
Литературный герой ГЕНРИХ VI
Генрих VI англ. Henri VI герой хроники У. Шекспира Генрих VI Исторический прототип. Генрих VI Ланкастер король. Англии с и Франции с Литературный источник. Хроники Холла и Холиншеда alignjustifyгенрих VI англ Henri VI герой хроники.
«Генератор»
В генераторе со смешанным возбуждением имеются две обмотки возбуждения: основная (параллельная) и вспомогательная (последовательная). Наличие двух обмоток при их согласном включении позволяет получать приблизительно постоянное напряжение генератора при изменении нагрузки. 12
на тему
Квантовый эффект Холла (кэх) был открыт Клаусом фон Клитцингом (совместно с Г. Дордой и М. Пеппером) в 1980 году [1], за что впоследствии в 1985 году он получил Нобелевскую премию [2]
Эффект Холла
Объяснение эффекта Холла с помощью электронной теории. Эффект Холла на инерционных электронах в полупроводниках. Датчик ЭДС Холла.
Эффект Холла
Объяснение эффекта Холла с помощью электронной теории. Эффект Холла на инерционных электронах в полупроводниках. Датчик ЭДС Холла.
Герконовые датчики
Герконовые датчики состоят из герметизированных магнитоуправляемых контактов и представляют собой контактные ферромагнитные пружины, помещённые в герметичные стеклянные баллоны, заполненные инертным газом, азотом высокой чистоты или водородом.
Эффект Холла и датчики на его основе
Эффект Холла был открыт в 1879 г. американским ученым Эдвином Гербертом Холлом. Если через проводящую пластинку пропускать ток, а перпендикулярно пластинке направить магнитное поле, то в направлении поперечном току (и направлению магнитного поля) на пластинке появится напряжение.
Колокол Свободы
Колокол Свободы — колокол, находящийся в Филадельфии, США, и являющийся главным символом американской истории борьбы за независимость от Великобритании. Звон колокола созвал жителей Филадельфии на оглашение Декларации независимости Вторым континентальным конгрессом 8 июля 1776 года.
Лаутенберг, Фрэнк
Фрэнк Лаутенберг (англ. Frank Raleigh Lautenberg, род. 23 января 1924(19240123), Патерсон, Нью-Джерси) — американский политик, сенатор США от штата Нью-Джерси. Член Демократической партии. Старейший на данный момент сенатор США и второй по возрасту конгрессмен после члена Палаты представителей Ральфа Холла (род. 1923).
Индепенденс-холл
Введение 1 История строительства 1.1 Колокол Свободы 2 Исторические события 2.1 Работа Второго Континентального конгресса и Декларация Независимости
Холл, Теодор
Теодор А. Холл англ. Theodore А. Hall; 20 октября 1925,Фар Рокэвей (англ. Far Rockaway, Queens), США — 1 ноября 1999, Кембридж, Англия) — физик-вундеркинд, участник Манхэттенского проекта. Передавал секреты в СССР, был разоблачён, но не судим, а только уволен. Занимался наукой в США и Англии, внёс ценный вклад в методы исследования биологических объектов.
Список музыкантов и певцов, связанных с Ташкентом
Ташкент посещали, в нём жили и работали многие выдающиеся музыканты и певцы В том числе: Виктор Александрович Успенский (1879—1949) — музыкант-этнограф, композитор, народный артист Туркмении (1929) и Узбекистана (1937), доктор искусствоведения (1943). Исследователь музыкальной культуры Средней Азии, автор музыкальной драмы «Фархад и Ширин» (1936), профессор Ташкентской консерватории (с 1936).
Дело об убийстве Холла Миллз
Элинор Рейнхардт Миллз (1888—1922) — любовница Эдварда Холла, одна из жертв убийства. Де́ло об уби́йстве Хо́лла — Миллз (англ. Hall–Mills murder case) — следствие и суд по делу об убийстве 14 сентября 1922 года священника епископальной церкви города Нью-Брансуик (англ.)русск. (округ Мидлсекс, Нью-Джерси, США) Эдварда Уилера Холла (англ.
Петров Николай Арнольдович
Николай Петров по праву занимает место в ряду феноменальных пианистов своего поколения. Впервые он заявил о себе в 1962 г., завоевав Серебряную медаль на Первом международном конкурсе им.Вана Клиберна в США.
Джон Джеймс Осборн
Osborne, John James (1929–1994), английский драматург. Родился 12 декабря 1929 в Лондоне. В молодости работал актером, в свободное время писал стихи и пьесы. Известность пришла к нему в 1956 после премьеры на сцене театра «Ройял Корт» Оглянись во гневе.
Вплив неоднорідних областей на рухливість носіїв струму в твердих розчинах Si1-хGex
Вплив неоднорідних областей на рухливість носіїв струму в твердих розчинах Si Питання про механізми розсіяння, які визначають рухливість носіїв у твердих розчинах Ge1-xSix та Si1-хGex, розглядалися в низці статей [1; 2] і продовжують залишатись актуальними. У праці [1] було зроблено припущення, що причини зменшення рухливості в цих кристалах зі збільшенням концентрації неосновної компоненти одні і ті ж.