Определение коэффициента магнитосопротивления, исследование зависимости подвижности носителей заряда от температуры

Санкт-Петербургский государственный горный институт

(технический университет)

Кафедра общей и технической физики

Лаборатория физики твердого тела и квантовой физики

Лабораторная работа 4

Гальваномагнитные явления в твердых телах

Санкт-Петербург

2008

Цель работы – определение коэффициента магнитосопротивления, исследование зависимости подвижности носителей заряда от температуры.

Основные теоретические сведения.

Электронные приборы работают в условиях одновременного наличия как электрических, так и магнитных полей, что приводит к изменению поведения носителей заряда, создающих электрический ток. Основными эффектами являются эффект Холла и магниторезистивный эффект. Оба эффекта вызваны тем, что на движущийся со скоростью v носитель заряда q в магнитном поле с индукцией B действует сила Лоренца F_л = q[vB]. Рассмотрим подробнее эти эффекты.

I. Эффект Холла

1. Напряжение Холла

Рассмотрим прямоугольный образец из проводящего материала, через поперечное сечение S=ℓ·d которого течет ток I и  который пронизан однородным магнитным полем В перпендикулярным к току (рис.1). На положительный носитель заряда q, движущийся в магнитном поле В действует сила Лоренца

F_л=q[v B],                                                                 (1)

где v – средняя скорость направленного движения носителя заряда. Эта сила перпендикулярна и к v и к В и направлена к передней грани. Соответственно, положительные носители заряда будут отклоняться от прямолинейной траектории и скапливаться на передней грани. Эта грань зарядится положительно из-за избытка положительного заряда, а задняя грань – отрицательно из-за недостатка положительного заряда. Это приведет к возникновению поля Е_Н, направленного от передней грани к задней. Это поле действует на положительный заряд с силой F_эл, направленной против силы Лоренца, а ее величина возрастает по мере накопления заряда на передней грани. Когда F_эл сравняется по величине с F_л , результирующая сила F_p=F_эл+F_л=0, действующая на движущиеся носители заряда, станет равной нулю и отклонение траектории заряда от прямолинейной прекратится, прекратится и накопление заряда на передней грани. Между передней и задней гранями установится разность потенциалов, которая называется напряжением Холла U_H.

Рис. 1. Эффект Холла в образце прямоугольного сечения. Знак полярности напряжения Холла соответствует отрицательным носителям заряда.

Запишем условие равенства F_эл=F_л :

.                                                            (2)