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홀 효과

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홀 효과
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상품명 홀 효과
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제조사 3bscientific
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상품코드 K6540
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구성품

1. 홀 효과 실험(K6540)











특징

  • 홀 효과 실험을 통해 홀전압을 측정하고 홀 효과의 원리를 이해할 수 있다.

실험 구성

실험1. 홀 전압(Hall voltage)측정

a.자속 밀도(Magnetic flux density)
: 홀 효과 실험 장치의 전자석의 극 사이에는 가우스 미터 프로브(Gauss meter probe)가 도입되어 있다. 전류를 0 mA에서 10 mA으로, 10 mA에서 0 mA으로 변경한다. 가우스 미터의 해당 필드 강도를 기록하고 데이터 값을 바탕으로 [자기장 vs 전류] 그래프를 그린다.

b.샘플 온도(Sample temperature)
: 반도체의 전자는 전도 상태에 도달할 만큼 충분한 열 에너지를 얻을 때만 전도에 사용할 수 있다. 즉, 복사에너지 농도를 온도에 크게 의존하게 만든다.

c.샘플 전류(Sample Current)
: 샘플 제어 프로브(Sample control probe)를 홀 효과 제어 장치에 연결하고 홀 효과 실험을 설정한다. 샘플 전류를 0 mA에서 10 mA 값까지 동일한 간격으로 변화시킨다. 이때 샘플 전류에 따른 홀 전압 값을 기록한다. 샘플 전류의 함수로 홀 전압을 그래프로 표시한다.


실험2. 양공의 밀도와 이동성

a. 양공의 밀도 :
 

b.양공의 이동성 :





실험3. 반도체 결정의 홀 계수 결정

: 홀 전압(V_H)은 자기장 내에서 로렌츠 힘에 의해 편향하는 양공에 의해 발생한다. 양공의 방향은 오른손 법칙에 의해 결정되며 홀 계수(R_H)는 다음과 같다.



실험 이론


1) 반도체

반도체란 도체와 부도체 사이의 성질을 가지고 있는 물질이며 대표적으로 탄소, 규소, 저마늄 등의 14족 물질들로 만들어 진다. 반도체의 종류는 전하 운반체에 따라 p형 반도체와 n형 반도체로 나누어진다.

-P형 반도체: 양공을 통해 전하를 이동시킨다. (양공: 공유전자가 비어 있는 구멍)

-N형 반도체: 자유전자를 통해 전하를 이동시킨다.

순수 반도체 물질에 불순물을 첨가하여 전도성을 높이는 도핑이라고 하는데 도핑 과정을 거치면서 순수 반도체에 양공 또는 전자를 증가하게 된다.

2)홀 효과

홀 효과는 전류와 자기장에 의해 모든 전도체 물질에 나타나는 효과이다. 전류가 흐르는 도체, 반도체 또는 전해질 용액의 양단에 자기장이 걸리면 자기장 내에 움직이는 전하에 로렌츠의 힘이 수직으로 발생하게 된다. 따라서 전도체 물질의 양단에 (+), (-) 전하가 약간 이동하게 되면서 전류 및 자기장에 수직으로 전도체 양단에 전기장(전위차)가 발생하게 된다. 이때 발생하는 전위차를 홀전압이라고 부른다.



홀 효과를 통해 종류를 알 수 없는 반도체를 확인할 수 있다. 이는 P형 반도체와 N형 반도체의 전하 운반자가 각각 양공과 자유전자로 다르기 때문에 서로 다른 방향으로 홀전압(V_H)이 발생하기 때문이다.



또한 전도체 양단에 걸리는 자기장의 세기에 따라 전기저항도 변화하게 되는데 이러한 현상을 자기 저항 효과라고 한다.

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