半导体物理学[第十二章半导体磁和压阻效应]课程复习

第十二章半导体磁和压阻效应

12．1 理论概要与重点分析

(1)把通有电流的半导体放在磁场中，在垂直于电流和磁场的方向上会产生横向电场，这个现象称为霍尔效应。横向电场称为霍尔电场。霍尔效应的实质是带电粒子在磁场中运动受到洛仑兹力作用的结果。

实验测定表明：霍尔电场Ey与电流密度j

x 和磁感应强度B

z

成正比，即

E

y -R

H

j

x

B

z

(12．1)

比例系数R

H 称为霍尔系数。对于不同的材料，其弱场霍尔系数R

H

如表12-1所示。

利用霍尔效应可以判断半导体材料的导电类型，测量半导体的载流子浓度和迁移率。低温下霍尔效应试验还是研究半导体材料补偿度和杂质电离的有效方法。利用霍尔效应可制成霍尔器件，且由于霍尔器件可在静止状态下感受磁场，多数载流子工作，响应频率宽、寿命长、可靠性高，因而得到广泛的应用。

(2)在磁场的作用下，半导体的电阻要增大，这种效应称为磁阻效应。它可分为两种，一种是半导体的电阻率随磁场增大而增大，这种效应称为物理磁阻效应。另一种磁阻效应与样品的形状有关，不同几何形状的样品，在同样大小的磁场作用下，其电阻不同，这种效应称为几何磁阻效应。

若磁场和外加电场相互垂直时，产生的磁阻效应称为横向磁阻效应。通常用电阻率的相对改变形容磁阻。

(4)光磁电效应：用能被半导体强烈吸收的光照射，在半导体表面薄层产生光生载流子，电子和空穴均向内部做扩散运动，再把样品置于与入射光垂直的磁场中，在垂直于磁场和载流子扩散方向产生横向电场，这种现象称为光磁电效应。产生电场的原因是磁场使向同一方向扩散的电子和空穴，分别向横向两端偏转形成的。光磁电效应，可用来测量短寿命半导体的非子寿命和制作红外探测器。

(5)压阻效应是指应变引起半导体的电阻率变化。其物理原因在于，应变使

半导体能带结构发生变化。对于导带为多能谷的半导体材料(如n-Si，n-Ge的导带，极值点分别在<100>和<111>的多个对称方向上，极值附近的等能面为多个旋转椭球面)，单轴应力引起晶体各向异性应变，使导带中各个等同能谷相对位置发生变化，引起电子在各能谷中的重新分布，从而改变载流子的迁移率，即改变了半导体电阻率。半导体在液体静压强作用下，晶体对称性不受影响，仅使能带极值发生移动而使禁带宽度发生变化。禁带宽度的变化引起载流子浓度的变化，因而使电阻率变化。

p型硅中观察到较显著的压阻效应，是由于各向异性应力解除了能带简并，使轻、重空穴带中载流子重新分布。由于轻、重空穴迁移率不同，重新分布后的总迁移率发生变化，即使空穴总数保持不变，也会使电阻率发生变化。

利用半导体的压阻效应可以制作各种力敏感器件，而得到广泛应用。