Опис лабораторної установки

У роботі досліджуються властивості сенсору Хола напівпровідникового типу, виготовленого на основі монокристалу арсеніду індію (InAs). Зразок має форму плоского паралелепіпеда з розмірами Ldb (ширина  довжина  товщина). По кутах зразку знаходяться омічні (не випрямляючі) контакти 1, 2, 3, 4, які підключаються до лабораторної установки у відповідності до її структурної схеми (рис.2). Через контакти пропускають струм необхідної полярності та величини, яка регулюється потенціометром R. Зміна полярності здійснюється перемикачем П “полярність”, який має два фіксовані положення:

• праве – полярність струму умовно позитивна “+”;

• ліве – полярність струму умовно негативна “-”.

Комутатор, який має 4 фіксованих положення, здійснює підключення контактів зразку до відповідних вимірювальних приладів (амперметру та мілівольтметру) згідно таблиці 1.

Таблиця №1

Положення комутатора	Контакти струму	Контакти напруги
1	1 - 3	1 - 3
2	2 - 4	2 - 4
3	2 - 4	1 - 3
4	1 - 3	2 - 4

1. У положенні комутатора 1 або 2 за показами вимірювальних приладів розраховується величина питомого опору зразка .

2. У положенні комутатора 3 або 4 за показами вимірювальних приладів розраховують наступні параметри зразка:

• R_H – коефіцієнт Хола;

• n – концентрацію носіїв заряду;

•  - рухливість носіїв заряду.

Порядок виконання роботи

Визначення питомого опору зразка

1. Вивчити принцип роботи лабораторної установки у відповідності до її структурної схеми (рис.2), з’ясувати призначення приладів та органів керування.

2. Встановити потенціометр R (“регулятор струму”) у крайнє ліве положення. Включити лабораторну установку і мілівольтметр Ф 136 у мережу.

3. Для визначення питомого опору зразка встановити комутатор у положення 1, перемикач полярності струму - у положення “+” і потенціометром R виставити струм 0,5 А.

4. Виміряти напругу на контактах зразка у відповідності до таблиці 1.

5. Встановити перемикач полярності струму у положення “-” і повторити п.4.

6. Встановити комутатор у положення 2 і повторити п.п. 4-5.

7. Для кожного випадку розрахувати значення питомого опору зразка за формулою:

(12)

де – діагональ зразка, L – довжина зразка

Лінійні розміри холовського зразка: L=10 мм, b=1,4 мм, d=10 мм.

8. Розрахувати середнє значення питомого опору

9. Результати вимірювань та розрахунків занести у таблицю 2.

Таблиця 2

Положення комутатора	Контакти зразка	Струм зразка		U, B	, Омсм	ср, Омсм
		I, A	Поляр- ність
1	1 – 3	0,5	+
			–
2	2 – 4	0,5	+
			–

Визначення коефіцієнту Хола, концентрації та рухливості носіїв

1. Встановити комутатор у положення 3, перемикач полярності струму - у положення “+” і потенціометром R виставити струм 0,5 А.

2. Виміряти напругу на контактах зразка при відсутності магнітного поля (В = 0) і при його наявності (В = 0,23 Тл). Вмикання/вимикання магнітного поля здійснюється відповідним перемикачем, за допомогою якого подається живлення на електромагніт.

3. Встановити перемикач полярності струму у положення “-” і повторити п.2.

4. Встановити комутатор у положення 4, повторити п.п. 2-3.

5. Розрахувати величину та знак холовської напруги для кожного випадку за формулою:

(13)

Таблиця 3

Положення комутатора	Струм через зразок			Напруга, В			Ux, B	Uxcp, B
	Контакти	I, A	Поляр- ність	Контакти	при В = 0	при В  0
3	2 – 4	0,5	+	1 – 3
			–	1 – 3
4	1 – 3	0,5	+	2 – 4
			–	2 – 4

6. Визначити середнє значення холовської напруги (без урахування знаку) за формулою:

(14)

7. Результати вимірювань та обчислень занести у таблицю 3.

8. На підставі розрахованих значень _ср і U_xcp визначити за формулами (8-10) коефіцієнт Хола (R_H), концентрацію (n) і рухливість ()носіїв заряду.

Визначення типу провідності зразка

Тип провідності визначається по знаку холовської напруги (U_x), яка виникає під дією магнітного поля (В) та струму (І) певних напрямків. Знак холовської напруги та напрям струму зафіксовані у таблиці 4, напрям магнітного поля легко визначити за полюсами магніту (лінії магнітної індукції виходять з північного полюсу (N) і заходять у південний полюс (S)). Наприклад, якщо струм проходить через контакти 1-3 зразка (положення перемикача “полярність струму” “+”) і зразок розміщено у магнітному полі, як показано на рис.3, то якщо основними носіями є дірки – на контакті 2 зразка буде додатній потенціал, на контакті 4 – від’ємний (правило лівої руки). Таким чином, для розглянутого прикладу при струмі “+” через контакти 1-3, холовська напруга на контактах 2-4 повинна також мати знак “+” (зразок р-типу). Це легко перевірити по таблиці 4, обираючи відповідну колонку. Якщо знак холовської напруги у даному випадку має знак “–”, то це означає, що носіями струму є електрони (зразок n-типу). Аналогічні міркування можна провести для інших контактів та напрямків струму і магнітного поля.

Орієнтація магнітного поля і зразка у лабораторній установці така сама, як показано на рис.3.

Остаточні результати оформити у вигляді таблиці:

Таблиця 5

№ зразка	, Омсм	RH, см3/Кл	n, см-3	, см2/(Вс)	Тип провідності