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[고급물리학 실험] 홀 효과(Hall Effect) 실험

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레포트 > 자연계열
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소개글

[고급물리학 실험] 홀 효과(Hall Effect) 실험에 대한 자료입니다.

본문내용

Ⅰ. Introduction

Hall Effect의 발견은 1879년 에드윈 홀(Edwin H. Hall)에 의해서 발견하였다. 에드윈 홀(Edwin H. Hall)의 이름에도 불구하고 그에 관한 기록은 물리학 교과서에서 쉽게 찾아볼 수 없다. 심지어는 Encyclopedia Britanika 에도 그의 이름은 등재되어 있지 않다. 그러나 그가 현대 물리학 특히 반도체를 포함한 전자산업에 끼친 영향은 놀라울 정도로 크다고 할 수 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. 홀은 전류가 흐르는 도선이 자석에 의해 힘을 받는 것을 알고서 도선 전체가 힘을 받는 것이지 아니면 도선내의 전자(전류)만이 힘을 받는 것인지 알고 싶어 했다. 그는 후자가 맞을 것이란 생각에, '만약 고정된 도선내의 전류 자신이 자석에 끌린다면, 전류는 도선의 한쪽으로 흘러나와야 하겠기에 도선의 전기저항이 증가할 것' 이란 가정에 따라 실험을 행하였다. 그의 실험은 결국 자기저항(Magnetoresistance)을 찾는 것으로 당시의 실험 정밀도로는 알기 어려울 정도로 변화가 작아서 실패하였다. 그는 여기에 낙담하지 않고 '만약 자석이 전류를 당기더라도 도선 바깥으로 끄집어낼 수 없는 정도라면 도선 내에 한 쪽 벽으로 전기적인 응력이 생겨날 것이고 이 응력은 전압(전위차)으로 나타날 것'이라고 가정하여 전위차를 측정해보게 되었다. 이것이 홀 전압이고 이로써 홀 효과가 발견되었다. 이 홀 효과는 1900년 초 금속의 전자 특성을 이해하는데 한 몫을 하였고 그후 반도체의 발견에 따라 엄청난 기여를 하게 되었다. 홀 효과를 몰랐었다면 지금과 같은 전자산업은 꿈도 꾸지 못했을 것이다. 더욱이 근자에는 매우 낮은 온도, 순수한 재료 및 높은 자기장아래서 새로운 양자 홀 효과가 발견되어 그 영역을 더욱 확장하고 있다.
또한 이런 Hall Effect의 발견으로 Charge Carrier가 어떤 부호의 Charge인지 그리고 얼마나 빨리 이동할 수 있는지를 알아낼 수 있게 되었고 또한 자기장의 크기와 방향을 알아내는데 편리한 기술등을 제공하였다. 또한 Hall Coefficient의 값으로부터 Charge Carrier의 농도를 얻을 수 있고 비저항과 Hall Coefficient로부터 Mobility를 계산 할 수 있었다.
반도체의 Hall Effect의 측정은 물질의 전하운반체에 관한 정보를 알아내어 반도체에서의 특성을 알아보는 것을 그 목적으로 한다. Hall Effect의 측정은 반도체 재료의 전기 전도도, Mobility, Carrier 농도, Si계, SiGe계, InGaAs계, InP계, GaN계 등 모든 반도체의 n타입이나 p타입 판정 등을 측정하는 방법으로 여러 가지 반도체 재료의 전기적 특성을 조사하고 분석하는데 핵심적인 기술이 되었다. 우리 주변 실생활에서 Hall Effect는 비디오테이프의 움직임을 감지하는 VCR헤더에 사용 된다. 그래서 테이프가 완만하게 작동할 때 작은 센서로 통해 잘 작동하고 있다는 것을 확인시켜 준다. 또한 Hall 기판은 자기장의 강약을 측정하는데 사용된다. 즉, Hall Effect의 중요성은 반도체에서 Carrier Density, Electrical Resistivity, Mobility를 정확하게 결정함의 필요성에 의해서 강조된다. Hall Effect는 이러한 값들을 상대적으로 구하기 간단한 방법을 제공해 준다.

참고문헌

http://physlab.snu.ac.kr/http(1)/http-2/lab/portrait.htm#hall
http://physlab.snu.ac.kr/http(1)/http-2/lab/hall.htm
http://www.mulinara.net/physics/electric/motor/k3.html
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http://physica.gsnu.ac.kr/physe여/modexp/MWBasic/main.htm
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Young&Freedman, University physics with modern physics 10/e
Kittel, Introduction to Solid State Physics 7/e
Beiser, Concepts of modern physics 6/e

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열심히 작성하고 좋은 평을 받은 리포트 입니다.

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