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: 1. 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。 2. 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和μLp分别为电子和空穴的晶格散射迁移率。且有: μLn = 4.0∗109T−2.6(cm2V−1s−1)与μLp = 2.5 ∗108T−2.3(cm2V−1s−1) 则有:p = ( ςqμLp+ bps) (b + 1) 与n = ( ςqμLp−ps) (b + 1) 利用p ∙n = AT3exp(−Eg kT ),作出ln npT−3 −(1 T )曲线,用最小二乘法可以确定禁带宽度 Eg =k∆ln npT−3 ∆(1 T ) (二)霍尔效应 霍尔电压:VH = RHIBd 。对 p型样品,RH = 1pq;对 n型样品,RH = − 1nq。故RH = VH d/IB(104cm3/C)。实际情况下载流子并不是都具有相同的速度,它们具有一定的速度分布,并且不断地因受到散射而改变。理论上严格考虑此因素后,霍尔系数公式应修正为: RH = (μHμp) 1pq 或 RH = −(μHμn) 1nq 其中μp和μn分别为空穴和电子的电导迁移率,μH 为霍尔迁移率,μH = RHς,可通过霍尔系数和电导率计算得到。 P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 = NA/(b −1)时,有RH 极值= −3π81qN A(b−1)24b= −RHs(b−1)24b 。其中...