海恩斯-蕭克萊實驗（Haynes-Shockley Experiment）

海恩斯-蕭克萊實驗（Haynes-Shockley Experiment）
國立彰化師範大學光電科技研究所張淑貞碩士生/國立彰化師範大學物理學系洪連輝教授責任編輯

在1951年首度由貝爾電話公司實驗室的J.R. Haynes和W. Shockley完成了一項半導體的經典實驗，呈現出少數載子的漂移和擴散。這項實驗可以分別量出少數載子移動率μ和擴散係數D。

海恩斯-蕭克萊實驗的基本原理是：若電洞脈衝產生於存在有電場的n型半導體內；當此脈衝受電場作用而漂移的同時也受到擴散的作用向兩側傳播。沿著漂移的方向在不同的位置測量過量電洞的濃度，由電洞尖峰漂移經過某一距離的時間可以算出其移動率；而經由某一段時間之後電洞脈衝的散播程度可以算出擴散係數。

過量電洞脈衝產生是利用一道閃光照射在n型半導體，定義其閃光照射位置為x=0處，假設過量電洞對電子濃度的影響可以忽略不計，但是對電洞濃度的變化卻有很大的影響(低階注入)。電洞順著電場的方向漂移，最後到達x=L處，也就是進行測量觀察的地方。由測得的漂移時間t_d可以計算漂移速度v_d，可進一步求出移動率：v_d=L/t_d，μ_p=v_d/ε，因此，電洞移動率可以直接從漂移自x=0到x=L所需要的時間算出。此處，海恩斯-蕭克萊實驗所測得的是少量載子移動率。與此相反的是霍爾效應，在霍爾實驗裡，利用已知的試樣電阻係數去測量多數載子的移動率。當脈衝受電場作用而漂移的同時，其外型也會因為擴散而向兩側散播。利用測量脈衝外型擴散的程度可以計算出D_p。為了計算電洞分布的時間函數，首先要重新檢驗在沒有漂移和復合的情形下，電洞脈衝擴散的狀況。電洞的分布一定要符合與時間相關的擴散方程式。而由擴散方程式即可得擴散係數，即從某一位置的過量電洞濃度來計算D_p，由於其參數無法直接量到，因此利用實驗裝置內的示波器來測量脈衝的波形，由於順偏的p-n接面可以用來注入少數載子，反偏的p-n接面則可用來偵測脈衝。

參考資料：半導體物理