Порядок выполнения работы. Перед выполнением работы необходимо внимательно ознакомиться со всеми измерительными приборами (пределами их измерений и классом точности)

Перед выполнением работы необходимо внимательно ознакомиться со всеми измерительными приборами (пределами их измерений и классом точности). В процессе проведения измерений для получения более точных результатов нужно установить соответствующие пределы на измерительных приборах (начинать измерения необходимо с грубых пределов). Не рекомендуется! пропускать через образец ток более 20 мА.

1. Исследовать зависимость разности потенциалов Холла от тока через образец Dj_АС = f(I) при В = const.

2. Включить в сеть зеркальный гальванометр (V _x) и источники питания 1 и 2.

3. Включить источник питания 2 и установить ток магнита (по указанию преподавателя или произвольный, но не более 1А).

4. Замкнуть ключ К_А и ключ в цепи источника питания 1 и изменяя ток, текущий через образец, измерить разность потенциалов Холла (не менее 10 измерений с шагом 0,1мА). Перед каждым измерением разности потенциалов Холла устранить асимметрию контактов. Для этого плавно уменьшить силу тока, протекающего через электромагнит до нуля (блок питания 2) и с помощью потенциометра добиться отсутствия тока в гальванометре. Затем снова установить ток через электромагнит и для данного значения тока через образец измерить холловскую разность потенциалов. Результаты измерений записать в таблицу 1.

	Рис. 4. Принципиальная схема установки для изучения эффекта Холла в полупроводниках. а) Схема подключения полупроводника, б) Схема питания электромагнита.

5. Исследовать зависимость разности потенциалов Холла от магнитной индукции Dj_АС = f(В). Установить ток через образец (по указанию преподавателя или произвольный), устранить асимметрию контактов. Измерить разность потенциалов Холла для различных значений тока магнита (не менее 10 измерений с шагом 0,05-0,1А). Результаты измерений записать в табл. 2.

6. Измерить напряжение для определения удельного сопротивления образца. Отключить источник питания 2 и гальванометр от сети (последний заарретировать). Разомкнуть ключ К_А. Для произвольно выбранного значения тока через образец измерить напряжение на эталонном сопротивлении (U_э) и образце (U). Данные занести в таблицу 3.

Экспериментальные данные и обработка результатов измерений.

Зависимость Dj_АС = f(I). Таблица 1.

Зависимость Dj_АС = f(В). Таблица 2.

Расчет удельного сопротивления. Таблица 3.

Rэ, Ом	U, B	Uэ , мB

7. На основе данных таблицы 1 построить график зависимости разности потенциалов Холла от тока через образец при В = const.

Из формулы (13) следует, что при В = const Dj = f(I), т.е

Это уравнение прямой, исходящей из начала координат, с тангенсом угла наклона равным:

Откуда

(19)

Магнитная индукция В рассчитывается из уравнения

В = (500 ± 23) I_м (_мТл)

Рассчитанную по уравнению (19) постоянную Холла R₁ и ее случайную погрешность определить методом наименьших квадратов (МНК) по соответствующей программе.

8. На основе данных, таблицы 2 построить график зависимости разности потенциалов Холла от магнитной индукции (I = const).

Уравнение (14) при I = const является функцией В

с тангенсом угла наклона

откуда

(20)

Рассчитанную по уравнению (20) постоянную Холла R₂ и ее случайную погрешность определить по МНК.

9. Найти среднее значение постоянной Холла и ее погрешность из соотношения

;

На основе данных таблицы 3 найти удельное сопротивление полупроводникового образца по формуле

,

где d = 2,93 ± 0,01 мм - толщина образца;

a = = 19,5 ± 0,1 мм - ширина и длина образца`;

R_э = (100 ± 0,05) Ом

Погрешность определения U и U_э определить по классу точности приборов. Погрешность Dr определить по методике расчета погрешностей косвенных измерений.

10. По формуле (15) вычислить концентрацию носителей тока и оценить ее погрешность

Погрешность в I и Dj определить по классу точности прибора.

5. По формуле (18) рассчитать подвижность носителей тока и оценить ее погрешность.

Db=b

Контрольные вопросы.

1. Как объяснить явление Холла?

2. Чем отличаются полупроводники n-типа и p-типа? Как это отличие отражается на постоянной Холла?

3. Зависит ли постоянная Холла от температуры образца? Сравнить металл и полупроводник.

4. Что такое подвижность носителей тока?

5. Каковы размерности постоянной Холла, концентрации носителей тока, подвижности носителей тока в СИ?

6. Как объясняется появление разности потенциалов, связанной с возможной асимметрией в расположении контактов на образце?

7. Вывести формулу для расчета удельного сопротивления образца.

8. Почему при вычислении концентрации носителей тока их заряд следует брать равным заряду электрона?

Литература:

1. Савельев И.В. Курс общей физики. Учеб. Пособие. В 3-х т. Т.1. Механика. Молекулярная физика. – 3-е изд., испр. – М.: Наука. Гл. ред. физ. мат. лит. 1986. 432 с.

2. Лабораторный практикум по физике: Учебное пособие для вузов. Под редакцией Барсукова К. А., Уханова Ю. И. - М.: Высшая школа, 1988.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: