半导体物理第7次课

1、半导体的磁效应之一：霍尔效应是电流流动的粒子，因此在移动磁场时，必然会受到洛伦兹力的作用，影响电流者的运动。霍尔效应实验发现，如果将供电的棒半导体样品放置在磁场中，磁场的方向与电流和方向垂直，则在与电流和磁场垂直的方向上存在水平电动势，而在p和n半导体材料中，此电动势的方向相反。这种现象称为虎鱼效果，其电动势为虎鱼电动势。霍尔效应图、电场、磁场相互作用的动平衡，电流子在磁场作用下横向运动，因此电荷在侧面积累。两边积累的电荷形成了受磁场作用的附加电场，这是洛伦兹力的相反方向。磁场产生的偏转力和附加电场产生的电场力最终相互抵消，形成一种动态平衡。平衡的水平电场称为霍尔电场，两边的电位差称为霍尔电势

2、。霍尔效应的定量分析，1，霍尔系数霍尔电场产生的力和磁场产生的力最终达到平衡时，我们可以得到一个非常重要的公式。也就是说，霍尔的电势与流经样品的电流大小和磁场强度成正比，比例系数称为荷语系数，前者称为R=-1/ne，空腔的R=1/pe。2，霍尔角，没有磁场的情况下，电流子的漂移运动方向与电流相同，但两者都没有角度(0或180)。磁场会产生额外的电场，使电流者的移动方向与护套的方向成一定的角度，这个角度称为弧。大厅的切线必须与大厅的电场和外界的比例相同，即大厅的电场较小时，所看到的偏转方向必须与大厅的系数相同。r是可确保的，3，霍耳移动率，由于磁场的存在，电子的漂移移动方向发生了变化，因此上述公

3、式中使用的移动率严格来说应该是磁场下的移动率，即霍耳移动率。引入孔移动率后，将修改孔系数，相应的孔角度、孔电位等。孔移动率，简单波段结构的半导体材料不需要Rn和Rp修正。半导体的能带结构可以计算出霍尔效应及其应用，p型半导体和n型半导体的霍尔电场方向和霍耳电位差的符号相反的一般移动率与霍耳迁移率的比率。根据虎鱼电位差的符号，可以确定半导体的导电类型、载体浓度。可用于根据霍尔电位差的大小测量磁场。在磁场存在的情况下，可以利用产生横向电位差的特征来制作传感器。通过霍尔移动率测量，可以确定载波散射的主要机制。霍尔系数是半导体材料的重要参数。两个载流量同时存在时的霍尔系数在磁场的作用下电子和空腔的横向

4、移动方向相同，由此产生的横向电流的大小是由两侧电荷产生的霍尔电场产生的电流，结果产生的横向电流是达到平衡时两个电流同时存在时的霍尔系数-康，两个载流量同时存在时的电导率可以代替之前的表达式，两个电流都存在四个霍尔的系数。使用霍尔效应测量导电模型的极限，通常为B1，对于基于孔的半导体，温度低pn，R0，温度高p=nb，R=0，如果温度再次升高，则为R0。因此，对p型半导体来说，随着温度的变化，虎鱼系数会发生变化，因此测量p型半导体时要小心。对于n型半导体，分子总是负的，所以不改变符号。中的材料不能使用霍尔效应来判断导电模型。磁电阻效应，半导体材料放置在外场时，半导体的电阻比没有磁场时更大。这种现

5、象称为磁电阻现象，即磁场引起的电阻变化现象。磁电阻现象的本质是电流在磁场的作用下偏转，沿着外部电场方向移动的载流量密度变小，因此阻力等于增加。1)载体轨迹波动。2)如果载波速度不同，则大于或小于平均速度的载波力的方向相反，从而减少沿场方向移动的载波数量。1，等于轨迹变长，移动率降低。1、在磁力作用下，载流量作为圆周运动。2、在电场力的作用下，载流子方向运动。全部：螺旋运动。动作速度不同的影响1，载波动作速度超过平均速度，因此在霍尔电场和磁场的共同作用下，电流容量可能偏离不同的方向。沿场方向移动的托架数和速度分量减少。2，J=nqv导致n，v减少，从而减少电流密度，即电导率降低。磁阻与磁场强度和

6、移动率的关系，如果mB远远小于1，则阻力增加值与霍耳移动率和磁场强度的平方成正比。也就是说，系数称为磁阻(reluctance factor)。不同散射机制对应的磁阻系数不同，散射晶格振动，散射电离杂质，磁场强度大，电阻变化与磁场成正比。磁感应装置、霍尔电场也与移动速率成正比，因此，无论在磁感应装置上使用霍尔效应或磁电阻效应，载波移动率m越大越好。目前适合磁阻元素使用的半导体材料主要为InSb、InAs、GaAs、Ge、Si等。半导体材料Si，Ge的霍尔系数较大，但移动率较小。因此，适合作为直接使用霍尔电压的磁传感器。III-V族群表半导体InAs和InSb中的孔系数较小，但移动率非常大，因此

7、适用于磁阻元件。应用范围、霍尔元件(开关、线性)、磁阻磁传感器等半导体磁传感器。例如：伪呼叫检测器磁感应电位器磁阻齿轮传感器磁传感器磁传感器磁传感器磁感应仪表磁记录装置，左：InSb电阻与磁场的关系右：磁传感器电位器，半导体热效应，导热系数单位时间内单位截面单位温度低的样品两侧的热能。实验发现样品两端的温差成正比。也就是说，在表达式中，k是热导率，w是热流密度。在金属方面，k主要来自电子的热传导，在绝缘体方面，主要是晶格振动传热，而在半导体方面，电子传导与晶格振动传导一样重要。光栅振动的热导率、载波热导率、半导体中的载波热导率载波热导率与移动率和浓度有关。移动速率越大，载波流越快，k越大。载体

8、密度越大，参与运输的电子越多，k也越大。此外，温度越高，电子的热动能越大，每次能传送的能量也越大，相应的k也越大。载流子电导率与热导率成正比。在退化情况下，载波热导率，在退化半导体情况下，参与热传导的电子极限与费米能级附近，金属的传导电子类似，因此热传导系数必须与金属相同。也就是说，这与半导体中的电流表的热导率相似，但先前的系数存在差异。热电效应I:塞贝克效应，如果两个金属或半导体接触时两个触点的温度不同，则电路中有电流。如果不是封闭回路，则开放回路端点的两端都有电动势产生。Seebeck系数，温差引起的电动势称为温差电动势。温差电动势与材料本身和两端的温度差异有关。单位温差引起的电动势称为温

9、差电动势或塞贝克系数。p，n型半导体的Seebeck系数，p型半导体的Seebeck系数为正，n型为负；可用于判断导电类型、发电、温度测量等。温差发电，小型merit Z(最佳)最佳值决定热电转换效率。特征：小型、无噪音、无振动、太阳能、核能、余热、地热、海洋温差等任何热源都可以使用。，实际温差发电块的结构，实际使用的温差发电材料，200 左右：BiTe为主体的温差发电材料，转换效率一般在3 4%左右。在500以下的温度下，ZnSb是良好的温差电材料，价格低廉，煤油发电机大多使用这种材料。在500下使用PbTe、GeTe、AgSbTe、SnTe或它们的合金材料时，转换效率约为5%。PbTe是最

10、常用的半导体温差发电设备。在1000 左右使用FeSi、GeSi合金等半导体材料。特别是Ge，Si合金材料的10%效率报道。使用温差电动势的导电模型，热探针半导体材料接触时，n型材料热触点相对于室温触点为正，对p型材料热触点为负。热电动势装置通常仅限于低电阻材料。如果电阻率足够高，则热探针可以使材料处于固有状态。一般情况下，由于电子移动率高于孔移动率，因此热探针总是容易将正，即p型高电阻材料误认为n型。为了避免这种情况的发生，可以使用冷探针，而不是一个探测是室温，另一个探测是冷却的热探针。使用热探针测量导电模型，热电效应II:瓦尔迪兹效应，两个导体的触点通过电流j时接触接触时的发热或吸热，这种

11、现象称为瓦尔迪兹效应。实验表明释放或吸收的热量与通过的电流成正比，即II称为帕德塔系数。机理分析，n型半导体的导向比金属的费米能高，因此，为了使金属侧的电子进入半导体的导向，需要在电流流动的地方(即电子进入的地方)吸收热量。电子从n型半导体进入金属时，在电流流动的地方会产生额外的热量。利用这个原理，可以制作半导体冷却，除热装置。电子吸收或释放的能量是在电流为J的条件下，每个单位时间内流动的电子数是J/e，因此单位时间内吸收或释放的热量是：由于瓦尔迪系数与Seebeck系数的关系，因此瓦尔迪特系数与前面提到的Seebeck系数(即温差电动势、半导体制冷器、半导体温差发电机相反)在半导体和全速接触

12、中通过电流时，电子因屏障的存在而吸收能量(冷却)或释放能量(发热)。利用此par附着效应向半导体金属接点供电时出现的吸热现象所产生的冷水机组称为温差冷却器或电子冷却器，半导体冷却器的特性及应用，在实际应用中，将许多温差玩偶制作成温差核反应堆，构成由多个温差核反应堆组成的温差冷却器。半导体制冷器功率小，但小型化时效率不变。无振动，无噪音，无摩擦损失，温度控制容易。改变电流方向可以冷却或加热。适合于小型冷冻机、调温器、电子设备的冷却(如CPU冷却)和医疗设备、药物等的存储。热电效应III:托马斯森效应是指当电流通过温度梯度均匀的导体或半导体时，原始温度分布被破坏，为了保持原始温度分布，半导体或导体

13、除了拾热外，吸热或发热，这种效果称为汤姆森效应。吸收或释放的热量与通过的电量和温度的差异成正比。也就是说，在机构分析中，温度不同的载体热运动性可能不同。电能高的地方假设温度高，由于护套的作用，载流量漂移，能量(高温)电子向低能(低温)方向运动，破坏了原来的温度梯度。半导体放出热量来保持原来的温度。相反，高电能的地方如果是低温，载流量就会从低能量转移到高能量，为了保持原来的温度梯度，半导体会从外界吸收热量。，热磁效应I:爱廷豪森效应，在薄板导体内电流j流过时，垂直薄板和电流方向添加磁场b，将在薄板两侧产生温度梯度，结果温度梯度与电流强度、磁场强度成正比，比例系数为爱廷豪森系数。也就是说，显然很像

14、霍尔效应，但现在产生的不是霍尔电场，而是温度梯度。机理分析、洛伦兹力与霍尔电场力平衡后，移动速度大于平均速度的载流量大于霍尔电场力，偏向一侧。运动速度小于平均速度的载波力小于霍尔电场力，并偏向另一侧。这可能导致两侧积累的载流量中的热行为不一致，从而产生横向方向的温度梯度。热磁效应ii: nernst效应，x方向有温度梯度，磁场在z方向产生电动势。也就是说，热流垂直于磁场的方向产生电动势。这称为嵌套现象，该电场称为嵌套电场，与温度梯度和磁场强度成正比，系数q称为嵌套系数。和阿廷豪森效应一样，Nernst效应的实验装置也类似于虎鱼效应，但在霍尔效应时，有电流通过半导体，这里有热流通过半导体。机制分

15、析，事实上我们可以这样分析。载流量从高温移动到低温的方向热运动速度和从低温移动到高温的方向运动速度不同。没有磁场的情况下，两个方向的载流量数相同，但方向相反的情况下，系统处于热平衡状态，两侧没有电场。从某些横截面来看，加上外部磁场后，在两个方向移动的电流人在磁场的作用下偏向相反的方向，但由于两个方向的速度不同，结果水平电场是不同的。也就是说，热磁效应III:里基-雷克度效应，在x方向有温度梯度，磁场在z方向，则在y方向存在温差。温差与磁场强度、x方向的温度梯度成正比。也就是说，由于两侧偏转的载体速度不同，携带的热量运动性不同，两侧温度也不同。三种热磁现象和霍尔效应经常混合在一起。半导体的其他效

16、果，声电效应超声放大效果压电效应磁光效应声磁效应量子霍尔效应，声电效应，声波在半导体材料内传播时，在声波传播方向发生直流电场的现象称为声效应。音响效果的本质是声波在晶体中传播时挤压或拉伸晶格，使波段波动，根据声波传播产生适当的运动。电子倾向于处于低能量的位置。但是，如果电子移动的速度小于声波的传播速度，电子就会沿着声波的传播方向产生电子流。电子最终聚集在声波传出的面上，因此在半导体内部形成直流电场。经典类比：有风浪时浮在水面上的东西？声学效果图、超声放大效果、上述声学效果实验中，在样品两端添加了电压，并观察了外场引起的载波漂移速度比声波的传播速度稍大的情况下超声放大。这种现象称为超声放大效应。原因：当声子移至晶格某处时，载流量也准确地到达了晶格，将能量的一部分传递到晶格，从而加剧晶格振动，这相当于声波强化。经典模拟：飞机速度=声波速度时飞机分解：超音速飞机遇到的声屏障？应用：超声波转换器、超声波放大效果图、压阻现象、半导体材料施加外力会改变半导体材料的电阻。这种现象称为压阻现象。压阻现象的本质是在应用晶格常数的压力下发生变化，从而改变带隙、载波浓度、迁移率等带结