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[2023][고급물리학 test(실험) ] 홀 효과(效果) (Hall Effect) test(실험)

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작성일 23-02-08 16:38

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전도띠로 갈만큼 충분한 에너지를 가지고 있는 전자는 이웃하고 있는 원자와의 공유결합을 끊고, 자유롭게 이동할 수 있는 상태가 돼서 전하를 전도시킨다. Hall Effect는 이러한 값들을 상대적으로 구하기 간단한 방법을 제공해 준다. 그러나 그가 현대 물리학 특히 반도체를 포함한 전자산업에 끼친 영향은 놀라울 정도로 크다고 할 수 있다아 그는 1879년 그가 미국의 존스 홉킨스 대학에서 로란드(Henry A. Rowland)밑에서 대학원 학생으로 있을 때 홀 효과(效果)를 발견하였다.
•반도체
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설명

고급물리학 실험,홀 효과,Hall Effect

Ⅱ. Theory

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가득찬 원자가띠와 비어있는 전도띠를 보여주는 반도체의 띠구조. 페르미 준위는 금지된 띠간격(전도 띠와 원자가 띠의 사이) 안에 있다. 절대영도에서 차 있는 가장 윗부분의 전자 에너지 밴드가, 반도체의 경우에는 가득 차 있고, 도체의 경우에는 일부만 차 있다. 반도체는 에너지 띠간격(bandgap)이 충분히 작기 때문에, 실온에서 전자가 쉽게 전도띠(conduction band)로 올라갈 수 있다. 이렇게 전자가 뛰쳐나온 공유결합은 전자가 부족해지게 된다된다. 반도체는 매우 낮은 온도에서는 부도체처럼 동작하고, 실온에서는 상당한 전도성을 가진다. 이런식으로 구멍이 이동하는 것 처럼 보인다.)
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다. 그에 반해, 부도체는 띠간격이 커서 전자가 전도띠로 잘 올라가지 못한다. 심지어는 Encyclopedia Britanika 에도 그의 이름은 등재되어 있지 않다. 즉, Hall Effect의 중요성은 반도체에서 Carrier Density, Electrical Resistivity, Mobility를 정확하게 결정함의 당위성에 의해서 강조된다된다. 물론 도체와는 차이가 있다. 그는 1879년 그가 미국의 존스 홉킨스 대학에서 로란드(Henry A. Rowland)밑에서 대학원 학생으로 있을 때 홀 효과를 발견하였다. 이는 톰슨(J. J. Thomson)에 의해서 음극선(전자)이 자기마당에 의해 휘는 것을 찾아내기 18년전 이었으며, 밀리칸에 의해 전자의 전기량이 밝혀지기 훨씬 전이었다.

Hall Effect의 발견은 1879년 에드윈 홀(Edwin H. Hall)에 의해서 발견하였다. 심지어는 Encyclopedia Britanika 에도 그의 이름은 등재되어 있지 않다. 물론 조금이긴 하지만, 무시할 수 없는 만큼의 전자가 에너지 띠간격을 넘어서 전도띠로 간다.(또는 자유롭게 이동할 수 있는 구멍(양공)이 생겼다고도 볼수 있다. 에드윈 홀(Edwin H. Hall)의 이름에도 불구하고 그에 관한 기록은 물리학 교과서에서 쉽게 찾아볼 수 없다.
실온에서는 전자 분포가 조금 흐트러지는 현상이 발생한다. 우리 주변 실생활에서 Hall Effect는 비디오테이프의 움직임을 감지하는 VCR헤더에 사용 된다된다. 그래서 테이프가 완만하게 작동할 때 작은 센서로 통해 잘 작동하고 있다는 것을 확인시켜 준다. 다르게 말하자면, 전자의 페르미 에너지가 금지된 띠(forbidden bandgap)에 있는것을 말한다. 에드윈 홀(Edwin H. Hall)의 이름에도 불구하고 그에 관한 기록은 물리학 교과서에서 쉽게 찾아볼 수 없다. 이에 반해 반도체와 부도체의 차이점은 임의적이다. 이는 톰슨(J. J. Thomson)에 의해서 음극선(전자)이 자기마당에 의해 휘는 것을 찾아내기 18년전 이었으며, 밀리칸에 의해 전자의 전기량이 밝혀지기 훨씬 전이었다.
반도체의 Hall Effect의 측정(測定) 은 물질의 전하운반체에 관한 정보를 알아내어 반도체에서의 特性을 알아보는 것을 그 목적으로 한다. 또한 Hall 기판은 자기장의 강약을 측정(測定) 하는데 사용된다된다.(절대 0도에서 전자 상태가 어느 수준까지만 차 있게 되는데, 이를 페르미 에너지, 혹은 페르미 준위라고 한다)

반도체는 전기 전도가 부도체와 도체의 중간정도 되는 물질이다. •반도체 물리의 기초
•반도체의 띠구조

Hall Effect의 발견은 1879년 에드윈 홀(Edwin H. Hall)에 의해서 발견하였다. 그러나 그가 현대 물리학 특히 반도체를 포함한 전자산업에 끼친 영향은 놀라울 정도로 크다고 할 수 있다. Hall Effect의 측정(測定) 은 반도체 재료의 전기 전도도, Mobility, Carrier 농도, Si계, SiGe계, InGaAs계, InP계, GaN계 등 모든 반도체의 n타입이나 p타입 판정 등을 측정(測定) 하는 방법으로 여러 가지 반도체 재료의 전기적 特性을 조사하고 分析하는데 核心적인 기술이 되었다. 구멍은 사실 그 자체가 움직이는것은 아니지만, 주변의 전자가 움직여서 그 구멍을 메우면 구멍이 그 전자가 있던 자리로 옮겨간 것 처럼 보인다. 고체물리학에서, 반도체란 절대 0도에서 가장 위의 원자가띠(차 있는 전자 에너지 상태의 가장 위의 에너지 띠)가 완전히 차 있는 고체로 definition 된다된다.

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