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HallEffektundBandstruktur
ThemenzurVorbereitung(relevantimKolloquiumzuBeginndesVersuchstagesundfürden„Theorieteil“desProtokolls):
Entstehung von Bandstruktur.
Halbleiter‐Bandstruktur.
Dotierung von Halbleitern, Konzept des Loches.
Zustandsdichte.
Drude‐Model.
Temperaturabhängigkeit der Ladungsträgerdichte in dotierten und undotierten
Halbleitern.
Streuprozesse im Halbleiter und Beweglichkeit.
Hall‐Effekt.
Magnetowiderstand.
RelevantfürdieDurchführungdesVersuches: Van‐der‐Pauw Methode.
Thermoelement (wie verwendet man die Eichtabelle für die Thermospannung!?)
Funktion des Hochvakuum‐Pumpstands.
Versuchsaufgaben:1. Der spezifische Widerstand und der Hall‐Koeffizient einer Germaniumprobe sollen
mittels der van‐der‐Pauw Methode als Funktion der Temperatur im Bereich von 80K
bis 330K aufgenommen werden. Die Messwerte sollen halblogarithmisch gegen 1/T
aufgetragen werden.
2. Mittels der Polarität der Hall‐Spannung (Anzeige am Voltmeter muss negativ sein),
des Primärstromes (positiv bei gegebener Verschaltung) und des Magnetfeldes
(negativ, wenn Schalter links) soll das Vorzeichen des Hall‐Koeffizienten und daraus
die Dotierungsart der Probe bestimmt werden (Anfertigung einer Skizze für das
Protokoll!).
3. Aus den Messungen soll die Temperaturabhängigkeit der
Ladungsträgerkonzentration der untersuchten Probe bestimmt und
halblogarithmisch gegen 1/T aufgetragen werden. Die Messkurve soll mit der
theoretischen Temperaturabhängigkeit verglichen werden. Welche Donatoren‐
Konzentration liegt vor?
4. Aus den Messungen soll die Temperaturabhängigkeit der Hall‐Beweglichkeit
bestimmt, doppellogarithmisch aufgetragen und mit dem theoretischen
Temperaturverlauf verglichen werden.
5. Die Größe der Energielücke von Germanium soll bestimmt werden. Bei einem
Messbereich bis 330 K ist es sinnvoll, statt linearer Regression nur eine Interpolation
zwischen den beiden Messwerten mit den höchsten Temperaturen zur Ermittlung
der Energielücke durchzuführen. Warum?
Versuchsdurchführung: Aufzeichnung eines Schaltplans zum Versuch
Inbetriebnahme des Pumpstands (bitte erst nach Rücksprache mit dem Assistenten!!)
Messung des spezifischen Widerstands (in Ω.cm) und der
Ladungsträgerkonzentration (in cm‐3) bei Zimmertemperatur (zwecks Überprüfung
der Messergebnisse). Die Magnetfeldstärke soll 3,5kGauss = 0,35T betragen. Die
dafür erforderliche Erregerstromstärke ist einer grafischen Darstellung in der
beigefügten Staatsexamensarbeit zu entnehmen!
Die Dicke der Probe ist 0.565mm.
Messung des spezifischen Widerstands und des Hallwiderstands von 290 bis 330 K (in
Schritten von 5K). Maximale Heizspannung oberhalb 20°C: 3,5V! (Mit welcher
Leistung wird hier geheizt?)
Messung des spezifischen Widerstands und des Hallwiderstands von 80K bis 290K (in
Schritten von 5K). Maximale Heizspannung 4V!
Literatur: Versuchsanleitung.
Ibach, Lüth: Festkörperphysik (Halbleiter)
Demtröder: Experimentalphysik 3 (Halbleiter)
Siegfried Hunklinger: Festkörperphysik (Elektrische Transporteigenschaften,
Halbleiter)
Thuselt: Physik der Halbleiterbauelemente (Bänderstruktur und Ladungstransport)
Melissinos, Experiments in Modern Physics
C. Kittel, Einführung in die Festkörperphysik
J. Singh, Semiconductor Devices
S. M. Sze, Physics of Semiconductor Devices
Putley, The Hall‐Effect and Semiconductor Physics
P. Grosse, Freie Elektronen im Festkörper
P.S. Die neue Anleitung beim Betreuer abholen.
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