Kapitel 3 Halbleiter

3.1. HALBLEITEREIGENSCHAFTEN UND HALL–EFFEKT 81
Nun soll das Magnetfeld variiert und die Hall–Spannung (Meßbereich 0–0.3 V) in Abhängigkeit
vom Magnetfeld mit dem Sensor–CASSY gemessen werden. Zuerst wird bei ausgeschaltetem
Magnetfeld die Hall–Spannung mit Hilfe des Kompensationsknopfes auf 0 V gestellt. Dann wird
das Magnetfeld variiert, indem man den Spulenstrom von 0–5 A in Schritten von ca. 0.5 A erhöht.
Die Hall–Spannung ist gegen das Magnetfeld aufzutragen und eine Anpassung durchzuführen.
Zur Kontrolle Ihrer Messung sollten Sie gleich aus der Steigung die Hall–Konstante und aus der
Hall–Konstanten die Ladungsträgerdichte berechnen.
3.1.2.2 Leitfähigkeit von dotiertem Germanium
Meßprinzip: in diesem Versuchsteil soll die Leitfähigkeit des dotierten Ge–Kristalls gemessen
werden, indem ein variabler Strom durch den Kristall geschickt und die am Kristall anliegende
Spannung gemessen wird.
Die Schaltung am Hall–Effekt–Grundgerät ist in Abbildung 3.8 gezeigt, wobei die Heizung (Spannung
,,3A max” und Uϑ) erst in Teil 3.1.2.3 verwendet wird.
Schalten Sie das Magnetfeld aus. Belegen Sie die Eingänge des CASSY nun mit dem durch
den Kristall fließenden Strom und der am Kristall anliegenden Spannung (Meßbereich 0–3 V).
Erhöhen Sie den Strom in kleinen Schritten bis I=30 mA und messen Sie die Spannung. Führen
Sie eine Anpassung an die erhaltene Kurve durch und berechnen Sie zur Kontrolle Ihrer Messung
sofort die Leitfähigkeit.
3.1.2.3 Temperaturabhängigkeit der Leitfähigkeit von undotiertem Germanium
Meßprinzip: Ein konstanter Strom wird durch einen undotierten Ge–Kristall geschickt. Der Kristall
wird durch die in die Leiterplatte eingelassene Heizschleife geheizt und die am Kristall
abfallende Spannung gemessen.
Die Schaltung am Hall–Effekt–Grundgerät ist in Abbildung 3.8 gezeigt.
Tauschen Sie die Platte mit dotiertem Germanium gegen die Platte mit undotiertem Germanium
aus. Die Schaltung ist wie in Versuchsteil 3.1.2.2 mit dem Unterschied, daß der Strom nicht mit
dem CASSY, sondern mit dem Multimeter gemessen wird. Stellen Sie einen Strom von 4 mA ein.
Schließen Sie die Heizschleife in der Leiterplatte an das Netzgerät an und legen Sie den Temperatursensor
auf den freien CASSY–Eingang. Definieren Sie sich neue Variablen: Temperatur in K
und in ◦ C. Der Zusammenhang zwischen Spannung am Temperatursensor und der Temperatur
in ◦ C ist: T [ ◦ C]=U [V]·100 ◦ C/V.
Die Probe soll bis ca. 150 ◦ C geheizt und die Messung beim Abkühlen vorgenommen werden
(warum?). Zum Heizen drehen Sie die Spannung am Netzgerät hoch (U=8–9 V ergibt eine sinnvolle
Heizgeschwindigkeit) und drücken Sie auf den ,,Heater”–Knopf. Wenn die LED leuchtet,
wird geheizt. Die Heizung kann nur abgeschaltet werden, indem die Spannung heruntergedreht
wird (die LED sollte ausgehen). Aber Achtung: bei Spannungen unter ca. 4.5 V funktioniert die
Temperaturmessung nicht!
CASSY–Einstellung zur Messung bei abfallender Temperatur: es soll automatisch nach jeweils
einer Abkühlung um einige Grad gemessen werden. Klicken Sie dafür im CASSY–Fenster ,,Meßparameter”
auf ,,automatische Aufnahme” und geben Sie eine geeignete Meßbedingung für die
Temperaturdifferenz δT=Tneu−Talt ein. CASSY hat dabei ein Initialisierungsproblem, welches
man umgeht, indem man sofort nach dem Start der Messung die Meßbedingung kurz ausschaltet