載流子濃度參考資料-霍爾系數(shù)法

1、霍爾系數(shù)和電阻率的測量把通有電流的半導(dǎo)體置于磁場中，如果電流方向與磁場垂直，則在垂直于電流和磁場的方向會產(chǎn)生一附加的橫向電場，這個現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。隨著半導(dǎo)體物理學(xué)的發(fā)展，霍爾系數(shù)和電導(dǎo)率的測量已成為研究半導(dǎo)體材料的主要方法之一。通過實驗測量半導(dǎo)體材料的霍爾系數(shù)和電導(dǎo)率可以判斷材料的導(dǎo)電類型、載流子濃度、載流子遷移率等主要參數(shù)。若能測量霍爾系數(shù)和電導(dǎo)率隨溫度變化的關(guān)系，還可以求出材料的雜質(zhì)電離能和材料的禁帶寬度。一、實驗?zāi)康?.了解霍爾

2、效應(yīng)實驗原理以及有關(guān)霍爾元件對材料要求的知識；2.學(xué)習(xí)用“對稱測量法”消除副效應(yīng)的影響，測量并繪制試樣的VHIS和VHIM曲線；3.確定試樣的導(dǎo)電類型、載流子濃度以及遷移率。二、實驗原理霍爾效應(yīng)從本質(zhì)上講是運(yùn)動的帶電粒子在磁場中受洛侖茲力作用而引起的偏轉(zhuǎn)。當(dāng)帶電粒子（電子和空穴）被約束在固體材料中，這種偏轉(zhuǎn)就導(dǎo)致在垂直于電流和磁場的方向上產(chǎn)生正負(fù)電荷的積累，從而形成附加的橫向電場，即霍爾電場。對于圖2.1(a)所示的N型半導(dǎo)體試樣，若在

3、X方向的電極D、E上通以電流IS，在Z方向加磁場B，試樣中載流子（電子）將受洛侖茲力：BveFg?（2.1）其中，e為載流子（電子）電量，為載流子在電流方向上的平均定向漂移速率，B為磁感v應(yīng)強(qiáng)度。無論載流子是正電荷還是負(fù)電荷，F(xiàn)g的方向均沿Y方向，在此力的作用下，載流子發(fā)生偏移，則在Y方向即試樣A、A’電極兩側(cè)就開始聚集異號電荷，在A、A’兩側(cè)產(chǎn)生一個電位差VH，形成相應(yīng)的附加電場EH——霍爾電場，相應(yīng)的電壓VH稱為霍爾電壓，電極A、A

4、’稱為霍爾電極。電場的指向取決于試樣的導(dǎo)電類型。N型半導(dǎo)體的多數(shù)載流子為電子，P型半導(dǎo)體的XYZEDISAA’CC’bldFEFgvEHeEDISAA’CC’bldFEFgvEHe(a)(b)圖2.1樣品示意圖1.由RH的符號（或霍爾電壓的正、負(fù)）判斷試樣的導(dǎo)電類型判斷的方法是按圖2.1所示的IS和B的方向，若測得的VH=VAA’2500GSA電磁鐵、N型半導(dǎo)體硅單晶切薄片式樣、樣品架、IS和IM換向開關(guān)、VH和Vσ（即VAC）測量選擇

5、開關(guān)組成。2.TH—H型霍爾效應(yīng)測試儀，主要由樣品工作電流源、勵磁電流源和直流數(shù)字豪伏表組成。四、實驗方法1.霍爾電壓VH的測量應(yīng)該說明，在產(chǎn)生霍爾效應(yīng)的同時，因伴隨著多種副效應(yīng)，以致實驗測得的A、A’兩電極之間的電壓并不等于真實的VH值，而是包含著各種副效應(yīng)引起的附加電壓，因此必須設(shè)法消除。根據(jù)副效應(yīng)產(chǎn)生的機(jī)理（參閱附錄）可知，采用電流和磁場換向的對稱測量法，基本上能夠把副效應(yīng)的影響從測量的結(jié)果中消除，具體的做法是IS和B（即IM）的