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 VH—Is，VH—IM 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 、Vó 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 eEH?eB （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 IS?nebd（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? V1?V2?V3?V4 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： I?bdnqu??，则可得到 VBB?? 1IBnqd ??，令 R? 1nq ，则 VBB??R 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：VBB??KHIB ?? ，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 IM=0.6A） ，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 IS=2.00mA，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 IS=2.00mAIM=0.6A，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 UH?IS 曲线，保持 IM=0.6A、IS=1.00~4.00mA 不变，在表格中记录霍 2．测绘 UH IM 曲线，保持 Is=3.00mA；Im=0.300~0.800A 不变，在表格 中记 测得：V?=130.6mV 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 IS=2.00mA，测出 V?=130.6mV 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 ??6.15?10 ?3 RH ? 6 ??6.02?10 ?3 故 RH= ?2 1 6.09?10 ?3 =?6.09?10（Vm/AT） ?19 ?3 （2）n?（3）?= |RH|eISLU?S ? ?1.6?10 ?1.03?10) 21 ?22.06 ??|RH|??6.09?10?3?22.06?0.13 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