Question

半導(dǎo)體是導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間的材料．參與半導(dǎo)體導(dǎo)電的粒子--載流子有兩種：自由電子和空穴，自由電子導(dǎo)電是大家所熟悉的，不過半導(dǎo)體中的自由電子濃度比金屬中小得多．“空穴”可以看成是帶正電粒子，空穴的定向移動也形成電流，那就是空穴導(dǎo)電，這樣我們就可以以參與導(dǎo)電的載流子不同而將半導(dǎo)體分為兩類：P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體，以空穴導(dǎo)電為主的半導(dǎo)體叫P型半導(dǎo)體，以自由電子導(dǎo)電為主的半導(dǎo)體叫N型半導(dǎo)體．如圖所示，是為了檢驗半導(dǎo)體材料的類型和對材料性能進行測試的裝置示意圖，圖中一塊半導(dǎo)體樣品板放在垂直于板平面水平向里的勻強磁場中，當(dāng)有大小為I的恒定電流垂直于磁場方向通過樣品板時，在板的上、下兩個側(cè)面之間會產(chǎn)生個恒定的電勢差U₁-U₂．
（1）如果測得U₁-U₂＞0，則這塊樣品板的載流子是正電荷還是負電荷？說明理由．
（2）設(shè)磁場的磁感應(yīng)強度為B，樣品板的厚度為d，寬度為b，每個載流子所帶電量的絕對值為e．證明，樣品板在單位體積內(nèi)參與導(dǎo)電的載流子數(shù)目為n=

BI

ed

?

1

U1-U2

．

Answer 1

分析：定向移動的電子在磁場中受洛倫茲力發(fā)生偏轉(zhuǎn)，在上下表面間形成電勢差，最終電子在電場力和洛倫茲力作用下處于平衡，根據(jù)平衡求出單位體積內(nèi)導(dǎo)電的自由電子數(shù)目．

解答：解：（1）上極板電勢高，說明上極板帶正電荷，結(jié)合左手定則可知，載流子帶正電，是P型半導(dǎo)體；
（2）載流子的洛倫茲力與電場力平衡，即：
F_洛=F_電
evB=e

U1-U2

b

故U₁-U₂=Bbv
根據(jù)電流的微觀表達式，有：I=nbdv
聯(lián)立解得得n=

BI

ed(U1-U2)

答：（1）帶電粒子定向移動受洛侖茲力偏向上，使板的上側(cè)面帶正電；
（2）證明如上所示．

點評：解決本題的關(guān)鍵掌握電流的微觀表達式，以及知道最終電子在電場力和洛倫茲力作用下處于平衡．