霍尔效应实验
霍尔效应实验报告(共8篇)
篇一：霍尔效应实验报告大学本(专)科实验报告课程名称：姓名：学院：系：专业：年级：学号：指导教师：成绩：年月日（实验报告目录）实验名称一、实验目的和要求二、实验原理三、主要实验仪器四、实验内容及实验数据记录五、实验数据处理与分析六、质疑、建议霍尔效应实验一．实验目的和要求：1、了解霍尔效应原理及测量霍尔元件有关参数.2、测绘霍尔元件的vh?is，vh?im曲线了解霍尔电势差vh与霍尔元件控制（工作）电流is、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、判断霍尔元件载流子的类型，并计算其浓度和迁移率。
5、学习用“对称交换测量法”消除负效应产生的系统误差。
二．实验原理：1、霍尔效应霍尔效应是导电材料中的电流与磁场相互作用而产生电动势的效应，从本质上讲，霍尔效应是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力的作用而引起的偏转。
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的方向上产生正负电荷在不同侧的聚积，从而形成附加的横向电场。
如右图（1）所示，磁场b位于z的正向，与之垂直的半导体薄片上沿x正向通以电流is（称为控制电流或工作电流），假设载流子为电子（n型半导体材料），它沿着与电流is相反的x负向运动。
由于洛伦兹力fl的作用，电子即向图中虚线箭头所指的位于y轴负方向的b侧偏转，并使b侧形成电子积累，而相对的a侧形成正电荷积累。
与此同时运动的电子还受到由于两种积累的异种电荷形成的反向电场力fe的作用。
随着电荷积累量的增加，fe增大，当两力大小相等（方向相反）时，fl=-fe，则电子积累便达到动态平衡。
这时在a、b两端面之间建立的电场称为霍尔电场eh，相应的电势差称为霍尔电压vh。
设电子按均一速度向图示的x负方向运动，在磁场b作用下，所受洛伦兹力为fl=-eb式中e为电子电量，为电子漂移平均速度，b为磁感应强度。
同时，电场作用于电子的力为 fe??eeh??evh/l 式中eh为霍尔电场强度，vh为霍尔电压，l为霍尔元件宽度当达到动态平衡时，fl??fe ?vh/l （1）设霍尔元件宽度为l，厚度为d，载流子浓度为n，则霍尔元件的控制（工作）电流为 is?ne （2）由（1），（2）两式可得 vh?ehl?ib1isbrhs （3）nedd即霍尔电压vh（a、b间电压）与is、b的乘积成正比，与霍尔元件的厚度成反比，比例系数rh?1称为霍尔系数，它是反映材料霍尔效应强弱的重要参数，根据材料的电导ne率σ=neμ的关系，还可以得到：rh??/ （4）式中?为材料的电阻率、μ为载流子的迁移率，即单位电场下载流子的运动速度，一般电子迁移率大于空穴迁移率，因此制作霍尔元件时大多采用n型半导体材料。
霍尔效应实验
霍尔效应实验【实验目的】1.了解霍尔效应实验原理。
2.测量霍尔电流与霍尔电压之间的关系。
3.测量励磁电流与霍尔电压之间的关系。
4.学会用“对称测量法”消除负效应的影响。
【实验仪器】QS-H霍尔效应组合仪（电磁铁、霍尔样品、样品架、换向开关和接线柱），小磁针，测试仪。
【实验原理】1.通过霍尔效应测量磁场霍尔效应装置如图1和图2所示。
将一个半导体薄片放在垂直于它的磁场中(B的方向沿z轴方向)，当沿y方向的电极、上施加电流I时，薄片内定向移动的载流子(设平均速率为u)受到洛伦兹力F B的作用。
(1)图1 实验装置图（霍尔元件部分）图2 电磁铁气隙中的磁场无论载流子是负电荷还是正电荷，F B的方向均沿着x方向，在洛伦兹力的作用下，载流子发生偏移，产生电荷积累，从而在薄片、两侧产生一个电位差,,形成一个电场E。
电场使载流子又受到一个与方向相反的电场力，(2)其中b为薄片宽度，F E随着电荷累积而增大，当达到稳定状态时＝，即(3)这时在、两侧建立的电场称为霍尔电场，相应的电压称为霍尔电压，电极、称为霍尔电极。
另一方面，设载流子浓度为n,薄片厚度为d,则电流强度I与u 的关系为：(4)由(3)和(4)可得到(5)令则(6)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，(6)常以如下形式出现：(7)式中称为霍尔元件灵敏度，I称为控制电流。
由式(7)可见，若I、已知，只要测出霍尔电压，即可算出磁场B的大小；并且若知载流子类型(n型半导体多数载流子为电子，P型半导体多数载流子为空穴),则由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(10-12~10-14s),因此霍尔元件使用交流电或者直流电都可。
使用交流电时，得到的霍尔电压也是交变的，(7)中的I和应理解为有效值。
2.霍尔效应实验中的负效应在实际应用中，伴随霍尔效应经常存在其他效应。
霍尔效应实验报告优秀4篇
霍尔效应实验报告优秀4篇实验四霍尔效应篇一实验原理1．液晶光开关的工作原理液晶的种类很多，仅以常用的TN（扭曲向列）型液晶为例，说明其工作原理。
TN型光开关的结构：在两块玻璃板之间夹有正性向列相液晶，液晶分子的形状如同火柴一样，为棍状。
棍的长度在十几埃（1埃＝10-10米），直径为4～6埃，液晶层厚度一般为5-8微米。
玻璃板的内表面涂有透明电极，电极的表面预先作了定向处理（可用软绒布朝一个方向摩擦，也可在电极表面涂取向剂），这样，液晶分子在透明电极表面就会躺倒在摩擦所形成的微沟槽里；电极表面的液晶分子按一定方向排列，且上下电极上的定向方向相互垂直。
上下电极之间的那些液晶分子因范德瓦尔斯力的作用，趋向于平行排列。
然而由于上下电极上液晶的定向方向相互垂直，所以从俯视方向看，液晶分子的排列从上电极的沿－45度方向排列逐步地、均匀地扭曲到下电极的沿＋45度方向排列，整个扭曲了90度。
理论和实验都证明，上述均匀扭曲排列起来的结构具有光波导的性质，即偏振光从上电极表面透过扭曲排列起来的液晶传播到下电极表面时，偏振方向会旋转90度。
取两张偏振片贴在玻璃的两面，P1的透光轴与上电极的定向方向相同，P2的透光轴与下电极的定向方向相同，于是P1和P2的透光轴相互正交。
在未加驱动电压的情况下，来自光源的'自然光经过偏振片P1后只剩下平行于透光轴的线偏振光，该线偏振光到达输出面时，其偏振面旋转了90°。
这时光的偏振面与P2的透光轴平行，因而有光通过。
在施加足够电压情况下(一般为1～2伏)，在静电场的作用下，除了基片附近的液晶分子被基片“锚定”以外，其他液晶分子趋于平行于电场方向排列。
于是原来的扭曲结构被破坏，成了均匀结构。
从P1透射出来的偏振光的偏振方向在液晶中传播时不再旋转，保持原来的偏振方向到达下电极。
这时光的偏振方向与P2正交，因而光被关断。
由于上述光开关在没有电场的情况下让光透过，加上电场的时候光被关断，因此叫做常通型光开关，又叫做常白模式。
霍尔效应实验报告[共8篇]
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篇一：霍尔效应实验报告大学本(专)科实验报告课程名称：姓名：学院：系：专业：年级：学号：指导教师：成绩：年月日（实验报告目录）实验名称一、实验目的和要求二、实验原理三、主要实验仪器四、实验内容及实验数据记录五、实验数据处理与分析六、质疑、建议霍尔效应实验一．实验目的和要求：1、了解霍尔效应原理及测量霍尔元件有关参数.2、测绘霍尔元件的vh?is，vh?im曲线了解霍尔电势差vh与霍尔元件控制（工作）电流is、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、判断霍尔元件载流子的类型，并计算其浓度和迁移率。
5、学习用“对称交换测量法”消除负效应产生的系统误差。
二．实验原理：1、霍尔效应霍尔效应是导电材料中的电流与磁场相互作用而产生电动势的效应，从本质上讲，霍尔效应是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力的作用而引起的偏转。
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的方向上产生正负电荷在不同侧的聚积，从而形成附加的横向电场。
如右图（1）所示，磁场b位于z的正向，与之垂直的半导体薄片上沿x正向通以电流is（称为控制电流或工作电流），假设载流子为电子（n型半导体材料），它沿着与电流is相反的x负向运动。
由于洛伦兹力fl的作用，电子即向图中虚线箭头所指的位于y轴负方向的b侧偏转，并使b侧形成电子积累，而相对的a侧形成正电荷积累。
与此同时运动的电子还受到由于两种积累的异种电荷形成的反向电场力fe的作用。
随着电荷积累量的增加，fe增大，当两力大小相等（方向相反）时，fl=-fe，则电子积累便达到动态平衡。
这时在a、b两端面之间建立的电场称为霍尔电场eh，相应的电势差称为霍尔电压vh。
设电子按均一速度向图示的x负方向运动，在磁场b作用下，所受洛伦兹力为fl=-eb式中e为电子电量，为电子漂移平均速度，b为磁感应强度。
同时，电场作用于电子的力为 fe??eeh??evh/l 式中eh为霍尔电场强度，vh为霍尔电压，l为霍尔元件宽度当达到动态平衡时，fl??fe ?vh/l （1）设霍尔元件宽度为l，厚度为d，载流子浓度为n，则霍尔元件的控制（工作）电流为 is?ne （2）由（1），（2）两式可得 vh?ehl?ib1isb?rhs （3）nedd即霍尔电压vh（a、b间电压）与is、b的乘积成正比，与霍尔元件的厚度成反比，比例系数rh?1称为霍尔系数，它是反映材料霍尔效应强弱的重要参数，根据材料的电导ne率σ=neμ的关系，还可以得到：rh??/???? （4）式中?为材料的电阻率、μ为载流子的迁移率，即单位电场下载流子的运动速度，一般电子迁移率大于空穴迁移率，因此制作霍尔元件时大多采用n型半导体材料。
霍尔效应原理与实验
霍尔效应一、简介霍尔效应是磁电效应的一种，这一现象是霍尔（A.H.Hall ，1855—1938）于1879年在研究金属的导电机构时发现的。
后来发现半导体、导电流体等也有这种效应，而半导体的霍尔效应比金属强得多，利用这现象制成的各种霍尔元件，广泛地应用于工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面。
霍尔效应是研究半导体材料性能的基本方法。
通过霍尔效应实验测定的霍尔系数，能够判断半导体材料的导电类型、载流子浓度及载流子迁移率等重要参数。
流体中的霍尔效应是研究“磁流体发电”的理论基础。
二、理论知识准备1． 1． 霍尔效应将一块半导体或导体材料，沿Z 方向加以磁场B，沿X 方向通以工作电流I ，则在Y 方向产生出电动势H V ，如图1所示，这现象称为霍尔效应。
H V 称为霍尔电压。
(a) (b)图1 霍尔效应原理图实验表明，在磁场不太强时，电位差H V 与电流强度I 和磁感应强度B 成正比，与板的厚度d 成反比，即d IB R V HH =(1)或 IB K V H H =(2)式（1）中H R 称为霍尔系数，式（2）中H K 称为霍尔元件的灵敏度，单位为mv / (mA ·T)。
产生霍尔效应的原因是形成电流的作定向运动的带电粒子即载流子（N 型半导体中的载流子是带负电荷的电子，P 型半导体中的载流子是带正电荷的空穴）在磁场中所受到的洛仑兹力作用而产生的。
如图1（a ）所示，一快长为l 、宽为b 、厚为d 的N 型单晶薄片，置于沿Z 轴方向的磁场B中，在X 轴方向通以电流I ，则其中的载流子——电子所受到的洛仑兹力为j eVB B V e B V q F m -=⨯-=⨯=(3)式中V为电子的漂移运动速度，其方向沿X 轴的负方向。
e 为电子的电荷量。
m F 指向Y轴的负方向。
自由电子受力偏转的结果，向A 侧面积聚，同时在B 侧面上出现同数量的正电荷，在两侧面间形成一个沿Y 轴负方向上的横向电场H E（即霍尔电场），使运动电子受到一个沿Y 轴正方向的电场力e F，A 、B 面之间的电位差为H V （即霍尔电压），则jb V e j eE E e E q F H H H H e ==-==(4)将阻碍电荷的积聚，最后达稳定状态时有0=+e m F F=+-j b V e j eVB H即b V eeVB H= 得 VBb V H =(5)此时B 端电位高于A 端电位。
霍尔效应实验
霍尔效应及其应用置于磁场中的载流体，如果电流方向与磁场垂直，那么在垂直于电流和磁场的方向会产生一附加的横向电场，这个现象是霍普斯金大学研究生霍尔于1879年发现的，后被称为霍尔效应。
随着半导体物理学的迅速开展，霍尔系数和电导率的测量已成为研究半导体材料的主要方法之一。
通过实验测量半导体材料的霍尔系数和电导率可以判断材料的导电类型、载流子浓度、载流子迁移率等主要参数。
假设能测量霍尔系数和电导率随温度变化的关系，还可以求出半导体材料的杂质电离能和材料的禁带宽度。
如今，霍尔效应不但是测定半导体材料电学参数的主要手段，而且随着电子技术的开展，利用该效应制成的霍尔器件，由于构造简单、频率响应宽〔高达10GHz〕、寿命长、可靠性高等优点，已广泛用于非电量测量、自动控制和信息处理等方面。
在工业生产要求自动检测和控制的今天，作为敏感元件之一的霍尔器件，将有更广阔的应用前景。
了解这一富有实用性的实验，对日后的工作将有益处。
一、实验目的1．了解霍尔效应实验原理以及有关霍尔元件对材料要求的知识。
2．学习用“对称测量法〞消除副效应的影响，测量并绘制试样的V H－I S和V H －I M曲线。
3．确定试样的导电类型、载流子浓度以及迁移率。
二、实验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的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。
对于图〔1〕〔a〕所示的N型半导体试样，假设在X方向的电极D、E上通以电流Is，在Z方向（N型） 0 (Y)E （P型）0 (Y)E (X)、B（Z） IsH H <>加磁场B ，试样中载流子〔电子〕将受洛仑兹力〔1〕其中e 为载流子〔电子〕电量， 为载流子在电流方向上的平均定向漂移速率，B 为磁感应强度。
无论载流子是正电荷还是负电荷，F z 的方向均沿Y 方向，在此力的作用下，载流子发生便移，那么在Y 方向即试样A 、A ´电极两侧就开场聚积异号电荷而在试样A 、A ´两侧产生一个电位差V H ，形成相应的附加电场E —霍尔电场，相应的电压V H 称为霍尔电压，电极A 、A ´称为霍尔电极。
霍尔效应实验
量结果中消除。即在规定了电流和磁场正、反方向后，分别测量由下列
四组不同方向的 IS 和 B 组合的 VA'A。
+B，+IS -B，+IS -B，-IS +B，-IS
V1 V2 V3 V4
(V1 V2 ) (V3 V4 ) VH 4
实验内容
1. 测量 VH – IS 曲线. 保证励磁电流 IM = 500mA不变，研究VH – IS 关系。 IS(mA) 0.50 1.00 1.50 V1(mV) V2(mV) V3(mV) V4(mV) VH(mV)
式中106是由于非国际单位制单位制（CGS）的引入引起的。电 压单位为V，电流单位为A，长度单位为cm，磁场单位为高斯
（1 特斯拉 = 104高斯）。
霍尔电压与导电类型
若电流 IS 沿 x 轴方向，磁场 B 逆 z 轴方向。若测出 A'A之间的电压为负值（ VH < 0 ），则材料为 N 型半导体
材料，载流子为电子。
若电流 IS 沿 x 轴方向，磁场 B 逆 z 轴方向。若测出 A'A之间的电压为正值（ VH > 0 ），则材料为 P 型半导体 材料，载流子为空穴。
霍尔电压的测量
在产生霍尔效应的同时，因伴随着各种副效应，以致实验测得的
A'A 两极间的电压并不等于真实的霍尔电压 VH 值，而是包含着各种副 效应所引起的附加电压，因此必须设法消除。根据副效应产生的机理可 知，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
d
试样宽度：b
试样厚度：d
载流子浓度： n 电流： IS = n· v· d e· b·
霍尔电压：
IS B 1 IS B VH EH b RH ne d d
实验十四霍尔效应
实验十四 霍尔效应实验目的1．了解霍尔效应的基本原理。
2．学习用霍尔效应测量磁场。
实验仪器 HL—4 霍尔效应仪，稳流电源，稳压 电源，安培表，毫安表，功率函数发生器，1 IH特斯拉计，数字万用表，电阻箱等。
3实验原理1．霍尔效应若将通有电流的导体置于磁场 B 之中，磁场 B（沿 z 轴）垂直于电流 IH（沿 x 轴） d 的方向，如图 4－14－1 所示，则在导体中垂直于 B 和 IH 的方向上出现一个横向电位 差 UH，这个现象称为霍尔效应。
这一效应对金属来说并不显著，但对FBFE+vb 2图 4－14－14 B半导体非常显著。
霍尔效应可以测定载流子浓度及载流子迁移率等重要参数，以及判断材料的导电类型，是研究半导体材料的重要手段。
还可以用霍尔效应测量直流或交流电路中的电流强度和功率以及把直流电流转成交流电流并对它进行调制、放大。
用霍尔效应制作的传感器广泛用于磁场、位置、位移、转速的测量。
霍尔电势差是这样产生的：当电流 IH 通过霍尔元件（假设为 P 型）时，空穴有一定的漂移速度 v，垂直磁场对运动电荷产生一个洛沦兹力FB = q(v × B)（4－14－1）式中 q 为电子电荷。
洛沦兹力使电荷产生横向的偏转，由于样品有边界，所以有些偏转的载流子将在边界积累起来，产生一个横向电场 E，直到电场对载流子的作用力 FE=qE与磁场作用的洛沦兹力相抵消为止，即q(v × B) = qE（4－14－2）这时电荷在样品中流动时将不再偏转，霍尔电势差就是由这个电场建立起来的。
如果是 N 型样品，则横向电场与前者相反，所以 N 型样品和 P 型样品的霍尔电势 差有不同的符号，据此可以判断霍尔元件的导电类型。
设 P 型样品的载流子浓度为 p，宽度为 b，厚度为 d。
通过样品电流 IH＝pqvbd，则空穴的速度 v＝IH／pqvbd，代入（4－14－2）式有E = v× B = IHB pqbd（4－14－3）上式两边各乘以 b，便得到UH=Eb =IH B pqd=RHIH B d（4－14－4）RH=1 pq称为霍尔系数。
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霍爾效應實驗
(Hall Effect Experiment)
胡裕民 編寫
一. 實驗目的：
1. 藉由觀察變壓器中鐵芯隨磁場變化下的磁滯曲線，了解鐵磁性物質的磁滯性質。
2. 驗證伯努利定律(Bernoulli ’s Law)。
二. 原理介紹：
1879年Hall 研究一電流經過的導體在磁場下所受到的力量而發現了霍爾效應。
考慮一p 型半導體(如圖一所示)，電流I 朝著正x 軸方向流動(電洞向右移動)，外加磁場在正z 軸方向。
電流I 可表示為：
x x q w d p v
q A p v I == Eq.(1) 其中q 是電荷、p 是電洞的密度。
而沿著x 軸方向的電壓V ρ為
wd
s I R I V ρ
ρ⋅=⋅= Eq.(2) 由Eq.(2)可將電阻率ρ表示
I V s wd ρρ= Eq.(3) 現在考慮在一均勻磁場強度B 下電洞的運動，作用於電洞的力量若以向量來表示
)(B V q F ⨯+E = Eq.(4)
由Eq.(4)可知此時移動的電洞受到磁場的作用會偏折向樣品底部，如圖一所示。
圖一. p 型樣品中的霍爾效應。
由於在y 軸方向上沒有電流的流動，因此F y = 0。
由Eq.(1)以及Eq.(4)我們可以得到y 軸方向的電場為：
q w d p
BI Bv E x y == Eq.(5) 而此y 軸方向的電場產生的霍爾電壓V H ：
qdp
BI dy qwdp BI dy E V w w y H ===⎰⎰00 Eq.(6) 霍爾係數R H 定義為：
qp
BI d V R H H 1== Eq.(7) 電流與淨電場的夾角θ定義為霍爾角度：
P x y B E E μθ==
t a n Eq.(8) 由Eq.(7)可知
H qR p 1=
Eq.(9) 對於n 型樣品，同樣可得
H
qR n 1-= Eq.(10) 當電子與電洞都存在時，霍爾係數將表示為
]
)()()[()()()(22222n p B bn p q n p B n b p R n n H -++-+-=μμ Eq.(12)
其中b = μn/μp為遷移率比值(mobility ratio)。
霍爾係數與載流子的密度成反比。
通過測量霍爾係數，就可測得導體中載流子的密度。
由於金屬的載流子密度都很大，故金屬的霍爾係數都很小。
但半導體的霍爾係數比較大，因為半導體的載流子密度比較小。
根據霍爾係數的正負，我們可以判斷載流子所帶電荷的符號。
因此，測量半導體的霍爾係數是研究半導體性質的一種重要手段。
除此之外，霍爾效應可用於測量磁場的感應強度，亦可用於測量電流，特別是測量較大的電流。
三.實驗裝置：
1.基本裝置參考圖：(圖一)
圖一
2. 實驗儀器： a. 電源供應組(Power-CASSY ，±10V 、±0.1/0.3/1A)……………………………....× 1 b. 感測器介面盒(Sensor-CASSY ，5個數位輸入，±0.3/1/3/10/30/100V)……..….× 1 c. U 型鑄鐵(U-core with yoke ，高17cm ，切面4×4 cm).………………………... × 1 d. 鐵筴(Clamping device)…………………………………………………………... × 1 e. 250圈線圈(Coil with 250 turns ，5A)……………………………….…….………× 2 f. 實驗數據分析軟體(CASSY Lab)…….……………………………………………× 1 g. 黑色連接線(Connecting leads ，100cm ，black)……………………….………….× 4
3. 基本架設步驟：(圖一)
a. 先檢查實驗儀器有無數量短缺或損壞情事，有則報告實驗助教。
b. 電源供應組(Power-CASSY)提供變壓器主要線圈的電流。
感測器介面盒(Sensor-CASSY)B 輸入端量測第二線圈的感應電壓U ，並由此可計算磁通量Φ。
四. 實驗步驟：
a.將
注意：
1.接線完成後請助教加以確認後方可進行實驗。
2.實驗結束後請將各接線拆下，各儀器分開獨立，使下一組在操作時需要重新組裝!
3.儀器的操作請小心參閱說明書，並請助教確認。
五.實驗數據：
六.問題討論：
七.實驗心得：。