霍尔效应试验报告-霍尔效应试验试验报告

霍尔效应实验报告霍尔效应实验报告 篇一霍尔效应实验报告 篇二霍尔效应的应用实验报告 一、 名称霍尔效应的应用 二、 目的 1．霍尔效应原理及霍尔元件有关参数的含义和作用 2．测绘霍尔元件的 VHIs，VHIM 曲线，了解霍尔电 势差 VH 与霍尔元件工作电流 Is，磁场应强度 B 及励磁电流 IM 之间的关系。 3．学习利用霍尔效应测量磁感应强度 B 及磁场分布。 4．学习用“对称交换测量法”消除负效应产生 的系统误差。 三、 器材 1、实验仪 （1）电磁铁。 （2）样品和样品架。 （3）Is 和 IM 换向开关及 VH 、V 切换开关。 2、测 试仪 （1）两组恒流源。 （2）直流数字电压表。 四、 原理 霍尔效应从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受洛仑 兹力作用而引起的偏转。当带电粒子（电子或空穴）被约束 在固体材料中，这种偏转就导致在垂直电流和磁场方向上产 生正负电荷的聚积，从而形成附加的横向电场，即霍尔电场 EH。 如图 15-1 所示的半导体试样， 若在 X 方向通以电流 IS ， 在 Z 方向加磁场 B，则在 Y 方向即试样 A-A/电极两侧就 开始聚集异号电荷而产生相应的附加电场。电场的 指向取决于试样的导电类型。对图所示的 N 型试样，霍尔电 场逆 Y 方向， （b）的 P 型试样则沿 Y 方向。即有 EH 0EH0 显然，霍尔电场 EH 是阻止载流子继续向侧面偏移，当载 流子所受的横向电场力 eEH 与洛仑兹力 eB 相等，样品两侧 电荷的积累就达到动态平衡，故 eEHeB （1）其中 EH 为霍尔电场，v 是载流子在电流方 向上的平均漂移速度。 设试样的宽为 b，厚度为 d，载流子浓度为 n ，则 ISnebd（2）由（1） 、 （2）两式可得VH 1ne EHb 1ISBne d RH ISBd 即霍尔电压 VH（A 、A／电极之间的电压）与 ISB 乘积 成正比与试样厚度 d 成反比。比例系数 RH 称为 只要测出 VH （伏）以及知道 IS（安） 、B（高斯）和 d （厘米）可按下式计算 RH（厘米 3／库仑） RH＝ VHdISB 10 8 （4） 上式中的 108 是由于磁感应强度 B 用电磁单位（高斯） 而其它各量均采用 CGS 实用单位而引入。 由于产生霍尔效应的同时，伴随多种副效应，以致实测 的霍尔电场间电压不等于真实的 VH 值， 因此必需设法消除。 根据副效应产生的机理，采用电流和磁场换向的对称测量法 基本上能把副效应的影响从测量结果中消除。具体的做法是 Is 和 B（即 IM）的大小不变，并在设定电流和磁场的正反方 向后，依次测量由下面四组不同方向的 Is 和 B（即 IM）时 的 V1，V2，V3，V4， 1）Is BV1 2）Is -B V2 3）-Is-BV3 4）-Is B V4 然后求它们的代数平均值，可得 VH V1V2V3V4 4 通过对称测量法求得的 VH 误差很小。 另一方面，射载流子浓度为 n,薄片厚度为 d,则电流强度 I 与 u 的关系为 Ibdnqu，则可得到 VBB 1IBnqd ，令 R 1nq ，则 VBBR IBd ，R 称为霍尔系数，它体现了材料的霍尔效应大小。根据 霍尔效应制作的元件称 为霍尔元件。 在应用中，常以如下形式出现VBBKHIB ，式中 K 为霍尔元件灵敏度，I 称为控制电流。 可见，若 I、KH 已知，只要测出霍尔电压 VBB’ ，即可 算出磁场 B 的大小；并且若知载流子类型,则由 VBB’的正 负可测出磁场方向，反之，若已知磁场方向，则可判断载流 子类型。 由于霍尔效应建立所需时间很短,因此霍尔元件使用交流 电或者直流电都可。指示交流电时，得到的霍尔电压也是交 变的，I 和 VBB’应理解为有效值。 H Rd 1nqd 称 五、 步骤 1、测量霍耳电压 VH 与工作电流 IS 的关系。 ① 对测试仪进行调零。将测试仪的“I S 调节”和“IM 调节”旋钮均置零位， 待开机数分钟后若 VH 显示不为零， 可通过面板左下方小 孔的“调零”电位 器实现调零，即“0.00”。 ② 测绘 V H -IS 曲线。将实验仪的“VH，V”切换开关投向 VH 侧，测 试仪的 “功能切换”置 VH，保持IM 值不变（取 IM0.6A） ，绘制 VH-IS 曲线。 2、测量霍耳电压 VH 与工作电流 IM 的关系。 实验仪与测试仪各开关位置同上。保持半导体的电流 IS 不变（取300mA） ，绘制 VH-IM 曲线。 3、测量 V值。将切换开关“VH，V”投向 V侧，“功能 切换”置 V。在零 IS 磁场下，取 IS2.00mA，测量 V。 4、确定样品的导电类型。将实验仪三组双刀开关均投向 上方， 即 IS 沿 X 方向， B 沿Z 方向。 毫伏表测量电压为 VAA。 取 IS2.00mAIM0.6A，测量 VH 大小及极性，判断样品 导电类型。 5、 求样品 RH，n，，μ 值。 六、 记录 1．测绘 UHIS 曲线，保持 IM0.6A、IS1.004.00mA 不变，在表格中记录霍 2．测绘 UH IM 曲线，保持 Is3.00mA；Im0.3000.800A 不变，在表格 中记 测得V130.6mV Vh-5.40mV 七、 数据处理 1、根据数据表作出曲线图 2、在零磁场下，取 IS2.00mA，测出 V130.6mV 3、确定样品的导电类型。测出霍耳电压 VH-5.40mV0, 故样品属 N 型。 4、求样品 RH，n，，μ 值。 由 RH得 RH 3 6.1510 3 RH 6 6.0210 3 故 RH 2 1 6.0910 3 6.0910（Vm/AT） 19 3 （2）n（3） |RH|eISLUS 1.610 1.0310 21 22.06 |RH|6.0910322.060.13 八、 预习思考题 1、霍耳元件为什么要用半导体材料，而且要求做得很 薄霍尔电压是如何产 生的 答半导体材料的迁移率高，电阻率适中，是制造霍耳 器件较理想的材料。 2、 工作电流和磁场为什么要换向实际操作时如何实 现 答为了把产生霍耳效应的时候所伴随的副效应的影响 从测量的结果中消除。实际操作时通过切换实验仪三组双刀 开关改变电流和磁场的方向。 U分别表示什么含义IS、 IM 的作用分别是什么 UH、 3、 回答 IS、IM、 答IS 表示样品工作电流；IM 表示励磁电流；UH 表示 存在磁场时的霍耳电压；U表示在零磁场下的霍耳电压。IS 的作用是改变电流大小和方向，IM 的作用是改变磁场的大 小及方向。 篇三北京大学物理实验报告霍尔效应测量磁场 霍尔效应测量磁场 【实验目的】 了解霍尔效应的基本原理学习用霍尔效应测量磁场 【仪器用具】 仪器名 参数 电阻箱 霍尔元件 导线 SXG-1B毫特斯拉仪 PF66B