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Hall Effect in Semiconductors
배민수 이택규 남우영 정은경
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목차 서론 이론 실험 장치 및 방법 실험 결과 및 논의 실험 결론
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서론 Hall 효과의 개념을 이해하고 실제 Hall Effect 측정치를 측정해 보고 홀계수의 부호 및 크기를 결정하고 농도 또한 계산해보도록 한다
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이론 홀효과는 전류가 흐르는 도선 안이나 다른 고체 안에서 움직이는 전하와 관련이 있다. 전류가 흐르는 도선에 수직인 자기장은 도선 내에서 움직이는 전하들을 한쪽 면으로 휘어지게 만들고 도선의 한쪽면에는 음전하(양전하)가 쌓여 음으로 대전되고, 다른 한쪽면은 양(음)으로 대전된다. 그러면 전기장이 도선을 가로질러 존재하게 되는데, 이를 홀 전기장(Hall field)이라고 하며, 홀 전기장은 도선을 가로지르는 전위차(홀 전압, Hall voltage)를 측정하여 계산할 수 있다.
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홀효과의 원리는 전류가 흐르고 있는 직사각 판형 시편에 일정한 자기장이 시편의 넓은 면에 수직이 되도록 지나가게 되고
홀효과의 원리는 전류가 흐르고 있는 직사각 판형 시편에 일정한 자기장이 시편의 넓은 면에 수직이 되도록 지나가게 되고. 이때 반도체 시편의 내부는 로렌츠 힘에 의하여 전하 수송자가 휘게되어 양쪽에 쌓이게 됩니다. 그리하여 전기장이 형성되며 이 전기장은 전위차를 계산하여 구 할 수 있게 된다. n형 반도체의 주 케리어 : 전자 (q=-e), P형 반도체의 주 케리어: 홀(hole) (q=+e) : 측정치가 이들 케리어에 의하여 부호가 결정이 되는 것이다. 결과적으로 반도체 내부에 발생된 홀효과로 인하여 내부의 전기장에 의한 힘과 로렌츠 힘은 반대방향을 띄게 되며 같은 크기가 되면 전류의 흐름이 자유로워지는 결과가 나타나게 된다.
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N형 반도체 P형 반도체 전류 전류
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실험 장치 및 방법 파워서플라이 왼쪽의 단자는 반도체 소자에 흘려줄 전류를 공급하여 준다. 그리고 오른쪽은 일정한 자기장을 형성하여 주는 단자이다. 직류전류 정류장치 실험실 내로 들어오는 전류는 교류전류이다. 본 장치는 교류전류를 직류전류로 정류하여 주는 장치이며 이 전류는 반도체 소자 내로 흘려주게 된다. 이 소자의 저항을 30옴에 연결시켜 주었으며 30mA의 일정한 전류를 흘려 주기 위하여 단자조절을 하도록 한다. 테슬라미터 홀센서에서 측정되는 자기장의 크기를 전압단위로 출력하여 주는 장치이다. 측정치는 200mT이상으로 최대 2000mT의 단자에 위치시켰으며 센서를 꽃는 부분이 있다.
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컨스턴트 커런트 반도체 시편 (p형, n형) 홀 센서이다. 균일한 자기장의 크기를 측정하여 전압으로 나타내어 준다. 코일
균일한 자기장을 형성하여 주는 장치이다. 컨스턴트 커런트 반도체 시편 (p형, n형)
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자기장방향
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실험 결과 B(mT) UH1(p) UH2(n) 20 5 -10.3 40 9.8 -14.5 60 14.3 -18.7 80
18.9 -23 100 23.4 -27.1 120 28 -31.2 140 31.8 -35 160 35.9 -39.1 180 40.3 -43.3 200 44.2 -46.9 220 48.5 -50.8 240 53.7 -54.9 260 57.4 -58 280 60.9 -62.5 300 64.8 -66.5
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결론 N형 실험값(RH =-6.4Ⅹ10-3, n=9.75Ⅹ10-3) 문헌값 (RH =-8.9Ⅹ10-3, n=9.70Ⅹ10-3)
P형 실험값(RH=7.1Ⅹ10-3 , n=8.79Ⅹ10-3) 문헌값 (RH=6.4Ⅹ10-3 , n=7.00Ⅹ10-3)
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결론 두 반도체 소자는 자장에 비례하여 발생하는 내부 전기장의 크기가 증가함을 알 수 있다.
그리고 전하가 양전하,음전하의 차이로 인하여 반대부호가 나타났음을 알 수 있다. 홀 계수와 농도는 문헌값과의 약간의 차이를 볼 수 있다. 눈으로 볼 수 없지만 전자와 전자간의 상호작용, 격자와 전자간의 상호작용, 로렌츠 힘이 작용하는 범위, 전하의 이동경로등의 수많은 요인이 작용하기 때문이다.
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