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(cè)量把通有電流的半導(dǎo)體置于磁場(chǎng)中，如果電流方向與磁場(chǎng)垂直，則在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向會(huì)產(chǎn)生一附加的橫向電場(chǎng)，這個(gè)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(cè)量已成為研究半導(dǎo)體材料的主要方法之一。通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)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(cè)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(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解霍爾

2、效應(yīng)實(shí)驗(yàn)原理以及有關(guān)霍爾元件對(duì)材料要求的知識(shí)；2.學(xué)習(xí)用“對(duì)稱測(cè)量法”消除副效應(yīng)的影響，測(cè)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(shí)驗(yàn)原理霍爾效應(yīng)從本質(zhì)上講是運(yùn)動(dòng)的帶電粒子在磁場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)，即霍爾電場(chǎng)。對(duì)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(chǎng)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(wú)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(kāi)始聚集異號(hào)電荷，在A、A’兩側(cè)產(chǎn)生一個(gè)電位差VH，形成相應(yīng)的附加電場(chǎng)EH——霍爾電場(chǎng)，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(chǎng)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(hào)（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(cè)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(kāi)關(guān)、VH和Vσ（即VAC）測(cè)量選擇

5、開(kāi)關(guān)組成。2.TH—H型霍爾效應(yīng)測(cè)試儀，主要由樣品工作電流源、勵(lì)磁電流源和直流數(shù)字豪伏表組成。四、實(shí)驗(yàn)方法1.霍爾電壓VH的測(cè)量應(yīng)該說(shuō)明，在產(chǎn)生霍爾效應(yīng)的同時(shí)，因伴隨著多種副效應(yīng)，以致實(shí)驗(yàn)測(cè)得的A、A’兩電極之間的電壓并不等于真實(shí)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(chǎng)換向的對(duì)稱測(cè)量法，基本上能夠把副效應(yīng)的影響從測(cè)量的結(jié)果中消除，具體的做法是IS和B（即IM）的