Hall effect in Semiconductors

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1 Hall effect in Semiconductors
1조 엄재광 윤형탁 서우석 조동환

2 목 차 1 서 론 2 이 론 3 실험장치 및 방법 4 실험결과 및 논의 5 5 결 론

3 서 론 목 적 Hall effect란? n-Ge와 p-Ge의 Hall effect측정
목 적 Hall effect란? n-Ge와 p-Ge의 Hall effect측정 이들의 홀 계수의 부호 및 크기 및 케리어 농도를 결정

4 이 론-1 이 론 전류가 흐르고 있는 직사각 판형 시편에 일정한 자기장이 시편의 넓은 면에 수직이 되도록 지나가게 한다
이 론 전류가 흐르고 있는 직사각 판형 시편에 일정한 자기장이 시편의 넓은 면에 수직이 되도록 지나가게 한다 반도체 시편의 내부는 로렌츠 힘에 의하여 전하 수송자가 휘게 되어 양쪽에 쌓이게 된다 전압 UH 발생

5 이 론-2 반 도 체 n형 반도체의 주 케리어 : 전자 (q=-e)
P형 반도체의 주 케리어: 홀(hole) (q=+e) : 측정치가 이들 케리어에 의하여 부호가 결정

6 실험장치 및 방법 P-Ge 본 실험에 사용된 P-Type 반도체 소자입니다. 양쪽에 전류를 가해준 단자가 있으므로 위아래로 전위차를 측정 할 단자가 보입니다. P-Ge의 전하수송체는 정공이 되어 측정되는 전위차는 양의 값으로 측정됩니다. 본 실험에 사용된 P-Type 반도체 소자입니다. 양쪽에 전류를 가해준 단자가 있으므로 위아래로 전위차를 측정 할 단자가 보입니다. P-Ge의 전하수송체는 정공이 되어 측정되는 전위차는 양의 값으로 측정됩니다.

7 실험장치 및 방법 N-Ge 본 실험에 사용된 N-Type 반도체 소자입니다. 양쪽에 전류를 가해준 단자가 있으므로 위아래로 전위차를 측정 할 단자가 보입니다. N-Ge의 전하수송체는 자유전가가 되어 측정되는 전위차는 음의 값으로 측정됩니다. 반도체 소자와 홀 센서를 나란히 두도록 하여 측정하도록 합니다. 본 실험에 사용된 N-Type 반도체 소자입니다. 양쪽에 전류를 가해준 단자가 있으므로 위아래로 전위차를 측정 할 단자가 보입니다. N-Ge의 전하수송체는 자유전가가 되어 측정되는 전위차는 음의 값으로 측정됩니다. 반도체 소자와 홀 센서를 나란히 두도록 하여 측정하도록 합니다.

8 실험장치 및 방법 파워서플라이 왼쪽의 단자는 반도체 소자에 흘려줄 전류를 공급하여 줍니다. 그리고 오른쪽은 일정한 자기장을 형성하여 주는 단자입니다. 자기장 발생장치의 전압을 상승 시킬 때 서플라이장치에 트리거가 있습니다.

9 실험장치 및 방법 직류전류 정류장치 실험실 내로 들어오는 전류는 교류전류입니다. 본 장치는 교류전류를 직류전류로 정류하여 주는 장치이며 이 전류는 반도체 소자 내로 흘려주게 됩니다.

10 실험장치 및 방법 constant current
반도체 소자의 변화량은 자기장입니다. 그러므로 전류를 일정한 양으로 보내주어야 합니다. 옴의법칙 : V=IR의 식을 통하여 9.9의 전압이 측정되도록 단자를 조절하여 줍니다. 30mA의 일정한 전류값은 정류단자의 저항이 30옴, 전압이 9.9V를 하여 주면 전류는 30mA가 됩니다.

11 실험장치 및 방법 코일(균일한 자기장) 균일한 자기장을 형성하여 주는 장치입니다. 1차 코일과 2차 코일이 있으며 위의 자성체 사이에 반도체 소자를 위치시킴으로 반도체를 지나가는 자기장의 방향을 원하는 방향으로 결정짓도록 합니다.

12 홀 센서입니다. 균일한 자기장의 크기를 측정하여 전압으로 나타내어 줍니다.
실험장치 및 방법 홀 센서 홀 센서입니다. 균일한 자기장의 크기를 측정하여 전압으로 나타내어 줍니다. 이 센서 역시 홀 효과를 이용한 소자입니다. 홀 센서에 전원을 공급하면 홀 효과를 이용하여 자기장을 측정하여 자기장에 비례하는 전압을 출력합니다.

13 실험장치 및 방법 TESLAMETER 위의 홀센서에서 측정되는 자기장의 크기를 전압단위로 출력하여 주는 장치입니다.
측정치는 200mT이상으로 최대 2000mT의 단자에 위치시켰으며 센서를 꽃는 부분이 있습니다.

14 실험장치 및 방법 코일(균일한 자기장) 균일한 자기장을 형성하여 주는 장치입니다. 1차 코일과 2차 코일이 있으며 위의 자성체 사이에 반도체 소자를 위치시킴으로 반도체를 지나가는 자기장의 방향을 원하는 방향으로 결정짓도록 합니다.

15 실험장치 및 방법 균일한 자기장의 방향 결정 위의 사진을 보면 알 수 있듯이 N극에서 자기장이 나가는 방향으로 홀 센서를 통해 나타나는 자기장이 양의 값을 가지게 되며 S극을 가까이 할 때 음의 값을 가지므로 센서와 반도체 소자로 들어가는 균일한 자기장의 방향이 들어가는 방향임을 알 수 있습니다.

16 실험장치 및 방법 실험 준비 완료 모든 실험장비를 준비 하였습니다.
이제는 증가하는 자기장에 대하여 홀 전압을 측정해 보도록 합니다. 멀티메타를 이용하여 측정되는 홀 전압을 이용하여 홀 계수, 농도를 알아 보도록 합니다.

17 실험 결과 및 논의 I=30mA P-type N-type B(mT) UH(mV) 20 3.5 -8.6 40 8.3 -12.8
60 13.3 -17 80 18.3 -21 100 23.2 -25 120 28 -28.8 140 32.6 -32.7 160 37.4 -36.7 180 42 -40.8 200 46 -44.9 220 50.1 -49.1 240 54.8 -52.6 260 59 -57.1 280 62.7 -60 300 66.6 -66

18 실험 결과 및 논의

19 실험결과 및 논의 P형 반도체 (1) P형 반도체일 때 홀 계수 RH의 값 구하기
*자기장에 대하여 전위차의 변화율은 * 문헌값 : RH = 6.37 · 10-3 m3/A , 실험결과 비교시 약 1.2만큼의 차이가 나타남

20 결과적으로 양전하를 가진 케리어(정공)가 홀 계수의 ‘+’부호를 결정지어 주었으며, 전하의 농도를 구 할 수 있게 되었다.
실험결과 및 논의 P형 반도체 (2) P형 반도체일 때 케리어 농도 n 구하기 문헌값 실험값 결과적으로 양전하를 가진 케리어(정공)가 홀 계수의 ‘+’부호를 결정지어 주었으며, 전하의 농도를 구 할 수 있게 되었다.

21 실험결과 및 논의 n형 반도체 (1) n형 반도체일 때 홀 계수 RH의 값 구하기 = 실험값 = 문헌값
*자기장에 대하여 전위차의 변화율은 * , = 실험값 = 문헌값 문헌값 : RH = 8.9 · 10-3 m3/A , 실험결과 비교시 약 2.2만큼의 차이가 나타남

22 실험을 통하여 이라는 n값을 구 할 수 잇게 되었다. 문헌값과 비교시 홀 계수에서 차이가 나듯이 n값의 차이도 나타났다
실험결과 및 논의 n형 반도체 (2) n형 반도체일 때 케리어 농도 n 구하기 실험값 실험을 통하여 이라는 n값을 구 할 수 잇게 되었다. 문헌값과 비교시 홀 계수에서 차이가 나듯이 n값의 차이도 나타났다

23 결 론 n형 반도체일 경우 자기장과 홀 전압은 비례함 p형 반도체일 경우 자기장과 전압은 반비례함
전자와 전자간의 상호작용, 격자와 전자간의 상호작용, 로렌츠 힘이 작용하는 범위, 전하의 이동경로등의 수많은 요인이 오차의 원인 이번 실험은 홀 효과(Hall Effect)의 개념을 이해하고 실험을 통하여 n형 반도체와 p형 반도체의 Hall 효과를 측정하여 홀 계수의 부호 및 크기 결정, 캐리어 농도 결정을 하는 것을 자기장의 변화에 따른 홀 전압 측정을 통하여 알 수 있는 실험을 하였다. n형 반도체일 때 자기장 B와 홀 전압 의 관계를 나타낸 그래프에서 B의 값이 증가할수록 UH의 값이 증가함을 보였다. 따라서 n형 반도체일 경우 자기장과 홀 전압은 비례함을 알 수 있었다. P형 반도체일 때 자기장 B와 홀 전압 의 관계를 나타낸 그래프에서 B의 값이 증가할수록 UH의 값이 감소함을 보였다. 따라서p형 반도체일 경우 자기장과 전압은 반비례함을 알 수 있었다.

24 Thank You !