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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