'포항공대' 물리실험 - N-type, P-type Ge 반도체에서 전류, 자기장, 온도에 따른 홀 전압 측정을 통한 불순물반도체의 특성 조사

소개글

<포항공대 물리학과 물리실험 과목 레포트>
불순물 반도체(도핑 반도체) 특성을 알아보는 실험입니다. 홀 효과를 이용하여 불순물 반도체의 전하 운반자의 종류와 전하 이동도를 측정합니다.
초록-도입-이론-실험방법-결과 및 분석-결론 순서이며, 실제 실험한 데이터와 직접 그린 그림(실험 모식도), 그래프가 포함되어 있습니다.
워드로 작성되어 있어 본문 글, 그림, 수식, 그래프의 복사 붙여넣기가 쉽습니다!

아래와 같은 학생에게 도움이 될 것입니다.
1. 해당 과목을 수강하여 참고할 보고서가 필요한 물리학과, 화학과, 전자과 학생
2. 일반물리 실험 보고서 작성 요령이 어려운 공대 학생
3. 반도체, 밴드 이론, 양자역학 등 과학에 관심이 많은 고등학생

목차

I. 도입 (Introduction)
II. 이론 (Theory)
III. 실험
IV. 결과 및 분석 (Result & Analysis)
V. 결론 (Conclusion)

본문내용

본 실험에서는 n-type과 p-type Ge 반도체에서 홀 효과를 확인하여 불순물 반도체의 성질을 알아본다.전류와 자기장에 따른 홀 전압의 그래프의 기울기에서 홀 계수를 구하고, 전하 운반자의 부호,전하 이동도를 결정하였다.N-type Ge으로부터 R_H= -6.2*〖10〗^(-3) m^3/A s, p-type Ge부터 R_H= 9.1*〖10〗^(-3) m^3/A s가 나왔다.홀 계수의 부호로부터 전하운반자를 결정하였고, 전하 이동도와 전하밀도를 계산할 수 있었다..온도에 따른 홀 전압의 그래프에서 온도가 증가함에 따라 불순물 반도체가 고유반도체의 성질을 띠는 것을 확인할 수 있었다.본 실험에서 온도를 통제 변인으로 완벽히 유지하는 것이 힘들기 때문에 오차가 발생했을 수 있지만 그래프를 통해 불순물반도체의 성질을 명확히 확인할 수 있었다.

서론
로렌츠 힘은 자기장 속에서 전하가 움직일 때 전하가 받는 힘이다.자기장을 전류가 흐르는 방향과 수직하게 가해주면 움직이는 전하에 로렌츠 힘이 작용하고 원래 전류가 흐르는 방향과 수직한 방향으로 새로운 전압이 나타나고 이를 홀 전압,이 현상을 홀 효과라고 한다.1879년,미국의 물리학자 Edwin Herbert Hall에 의해 처음 발견된 홀 효과는 반도체에 적용하여 불순물 반도체의 성질을 파악하는 방법으로 쓰일 수 있다 .불순물 반도체의 홀 효과를 측정하여 전하 운반자의 부호,전하 이동도를 알 수 있다.홀 효과는 현재,양자 홀 효과를 이용한 광회로 연구에 이르기까지 광범위하게 응용되고 있다.

이론
속도 v를 가지고 움직이는 전하 q의 입자는 자기장 B안에서 다음 식과 같은 로렌츠 힘을 받는다.
F=q(v×B)식(1)
전류가 흐르는 전기 전도체에 수직하게 자기장이 걸릴 때 전류와 자기장의 방향에 수직하게 걸리는 전압을 홀 전압이라 한다. (-)전하와 (+)전하의 방향 (v)는 서로 반대 방향이기 때문에 (-)와 (+)모두 같은 방향으로 힘을 받는다.

참고 자료

Concepts of MODERN PHYSICS, Arthur Beiser, McGraw Hill, 6th edition, p.132~135.
Introduction to Electrodynamics, David J. Griffiths, 4th edition, PEARSON, pp 299~300.