霍尔效应实验.

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霍尔效应实验报告文库

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一、实验背景霍尔效应是一种重要的物理现象,最早由美国物理学家霍尔于1879年发现。

当电流通过置于磁场中的导体或半导体时,会在垂直于电流和磁场方向上产生电压,这种现象称为霍尔效应。

霍尔效应不仅揭示了电荷运动规律,而且在许多领域有着广泛的应用,如磁场测量、半导体材料分析、传感器等。

二、实验目的1. 理解霍尔效应的基本原理和实验方法;2. 通过实验测量霍尔元件的霍尔电压与磁场、电流的关系;3. 学习对称测量法消除副效应的影响;4. 确定样品的导电类型、载流子浓度和迁移率。

三、实验原理霍尔效应的原理是基于洛伦兹力定律。

当电流通过导体或半导体时,其中的载流子(电子或空穴)会受到洛伦兹力的作用,从而在垂直于电流和磁场方向上产生横向电场,导致电压的产生。

四、实验仪器1. 霍尔效应实验仪;2. 电源;3. 电流表;4. 磁场发生器;5. 测量线;6. 霍尔元件;7. 导线等。

五、实验内容1. 连接实验电路,确保霍尔元件处于磁场中间;2. 调节电源,使电流表读数稳定;3. 测量不同磁场强度下的霍尔电压;4. 测量不同电流下的霍尔电压;5. 测量不同磁场强度和电流下的霍尔电压;6. 根据测量数据绘制霍尔电压与磁场、电流的关系曲线;7. 使用对称测量法消除副效应的影响;8. 根据霍尔电压、电流和磁场强度计算样品的载流子浓度和迁移率。

六、实验步骤1. 按照实验仪说明书连接实验电路,确保霍尔元件处于磁场中间;2. 调节电源,使电流表读数稳定;3. 测量不同磁场强度下的霍尔电压,记录数据;4. 保持磁场强度不变,改变电流大小,测量霍尔电压,记录数据;5. 改变磁场强度,重复步骤3和4,记录数据;6. 根据测量数据绘制霍尔电压与磁场、电流的关系曲线;7. 使用对称测量法消除副效应的影响,计算样品的载流子浓度和迁移率;8. 分析实验结果,得出结论。

七、实验结果与分析1. 根据实验数据绘制霍尔电压与磁场、电流的关系曲线;2. 通过分析曲线,确定样品的导电类型、载流子浓度和迁移率;3. 讨论实验过程中可能出现的误差,并提出改进措施。

霍尔效应的研究实验报告

霍尔效应的研究实验报告

霍尔效应的研究实验报告霍尔效应的研究实验报告引言:霍尔效应是指当电流通过一个导体时,在垂直于电流方向的磁场中,会在导体两侧产生一种电势差。

这一效应在19世纪由美国物理学家霍尔首次发现,并以其命名。

霍尔效应在现代电子学和材料科学中有着广泛的应用,特别是在传感器和电子器件中。

实验目的:本实验旨在通过研究霍尔效应,了解电流、磁场和电势差之间的关系,并验证霍尔效应的存在。

实验材料和仪器:1. 铜板2. 磁铁3. 直流电源4. 电流表5. 磁场强度计6. 电压表7. 连接线实验步骤:1. 将铜板放置在实验台上,并用连接线将铜板与电源、电流表和电压表连接。

2. 将磁铁放置在铜板下方,与铜板平行。

3. 打开直流电源,调节电流大小,并记录电流值。

4. 使用磁场强度计测量磁场强度,并记录数值。

5. 通过电压表测量铜板两侧的电势差,并记录数值。

6. 改变电流大小、磁场强度和铜板的尺寸,重复步骤3-5。

实验结果与分析:通过实验数据的记录和分析,我们得出以下结论:1. 随着电流的增大,铜板两侧的电势差也随之增大。

这表明电流的大小对霍尔效应有重要影响。

2. 随着磁场强度的增大,铜板两侧的电势差也随之增大。

这说明磁场的强度对霍尔效应也有重要影响。

3. 铜板的尺寸对霍尔效应的影响并不明显,即使改变铜板的尺寸,电势差的变化也较小。

实验讨论:1. 电流、磁场和电势差之间的关系可以通过霍尔效应的实验来研究。

实验结果表明,电流和磁场的变化都会导致电势差的变化,这进一步验证了霍尔效应的存在。

2. 霍尔效应的应用广泛,特别是在传感器和电子器件中。

通过控制电流和磁场的变化,可以实现对电势差的测量和控制,从而实现对其他物理量的测量和控制。

3. 实验中我们使用了铜板作为导体,但不同材料的导体在霍尔效应中的表现可能有所不同。

进一步的研究可以探索不同材料的霍尔效应特性,以及如何选择合适的材料来满足特定应用需求。

结论:通过本实验,我们验证了霍尔效应的存在,并研究了电流、磁场和电势差之间的关系。

霍尔效应实验报告(共8篇)

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。

霍尔效应实验原理

霍尔效应实验原理

霍尔效应实验原理霍尔效应是一种基于自然界中存在的霍尔电场的物理现象。

这个效应被发现于19世纪60年代,它的原理可以被广泛应用于测量电流、磁场和材料特性等领域。

本文将介绍霍尔效应的实验原理,并解释其应用和实验步骤。

一、实验原理霍尔效应是指当在导体中通过电流时,如果该导体处于磁场中,则会在导体两侧产生电位差。

这个电位差被称为霍尔电压,它与电流、磁场以及材料特性之间存在一定的关系。

实验中,我们使用一块具有霍尔效应的导体样品,将其置于一个磁场中,并通过导体施加一定大小的电流。

随着电流通过导体,霍尔电场会导致在导体两侧产生电势差。

这个电势差可以通过使用霍尔电势差测量装置进行测量,并由此得出霍尔系数和导体的特性。

二、实验设备和材料为了进行霍尔效应实验,我们需要准备以下设备和材料:1. 一块具有霍尔效应的导体样品(例如硅片);2. 磁场产生器(例如电磁铁);3. 不锈钢夹持器用于在样品上施加电流;4. 霍尔电势差测量装置(例如霍尔电压计);5. 电流源(例如直流电源);6. 笔记本电脑或数据记录仪。

三、实验步骤下面是进行霍尔效应实验的基本步骤:1. 将导体样品固定在一个稳定的位置,并确保它与磁场产生器之间的距离足够近;2. 使用不锈钢夹持器将电流引线连接到样品上的两个接点;3. 将霍尔电势差测量装置的电极放在样品两侧,并将其连接到笔记本电脑或数据记录仪上;4. 打开磁场产生器,并调节磁场的大小和方向;5. 打开电流源,使一定大小的直流电流通过样品;6. 记录测量装置上显示的霍尔电势差值,并随着磁场和电流大小的变化进行多组实验;7. 根据测量结果,计算出霍尔系数和导体的特性。

四、实验应用和意义霍尔效应的实验可以用于多个应用领域:1. 电流测量:通过测量霍尔电势差,可以准确测量通过导体的电流大小;2. 磁场测量:通过测量霍尔电势差和已知的电流大小,可以计算出磁场的强度和方向;3. 材料特性研究:不同类型的材料具有不同的霍尔系数,通过测量霍尔电势差可以研究材料的特性和性质。

实验报告霍尔效应

实验报告霍尔效应

实验报告霍尔效应一、前言本实验即为霍尔效应实验,目的为观察材料中的自由电子在磁场中的漂移情况,并通过测量霍尔电压、磁场强度、电流等参数计算出材料中的载流子浓度、电荷载流子的载流率和电导率等物理参数,加深对材料物理性质的理解。

二、实验原理1. 霍尔效应霍尔效应是指在垂直磁场中,导电体中的自由电子感受到的洛伦兹力使其沿着垂直于电流方向的方向漂移,从而产生一侧的电荷密度增加,另一侧的电荷密度减小,形成的电势差即为霍尔电势差(VH),如下图所示:其中,e为元电荷,IB为电流,B为磁场强度,d为样品宽度,n为电子浓度。

2. 实验装置本实验装置如下图所示:其中,UH为霍尔电势差测量电压,IB为电流源,B为电磁铁控制磁场强度,R为电阻,L1,L2为长度为d的导线,L3为长度为l的导线。

3. 实验步骤(1)将实验装置按照图中所示连接好。

(2)打开电源,调节电流源的电流大小,使其稳定在0.5A左右。

(3)打开电磁铁电源,调节磁场强度大小。

(4)读取测量电压UH值。

(5)更改电流大小、磁场强度等参数进行多次实验重复测量。

三、实验结果通过多次实验测量,我们得到了以下测量数据:IB/A B/T UH/mV0.5 0 00.5 0.1 60.5 0.2 120.5 0.3 180.5 0.4 240.5 0.5 30四、实验分析1. 计算样品电子浓度根据式子:UH=IBBd/ne,可以计算得出样品中电子浓度n,如下表所示:2. 计算材料电导率IB/A B/T UH/mV R/Ω J/A.m^-2 E/V.m^-1 σ/(S.m^-1)0.5 0 0.22 1.18 4.24E+5 0.64 3.59E+50.5 0.1 6.22 1.18 4.24E+5 0.64 3.59E+50.5 0.2 12.22 1.18 4.24E+5 0.64 3.59E+50.5 0.3 18.22 1.18 4.24E+5 0.64 3.59E+50.5 0.4 24.22 1.18 4.24E+5 0.64 3.59E+50.5 0.5 30.22 1.18 4.24E+5 0.64 3.59E+53. 计算电子的载流率通过本实验可以得到如下结论:1. 随着磁场强度的增加,霍尔电势差也随之增加。

霍尔效应实验原理

霍尔效应实验原理

霍尔效应实验原理霍尔效应(Hall effect)是指在导体中通过电流时,垂直于电流方向和磁场方向之间会产生一种称为霍尔电压的现象。

霍尔效应实验用来研究电流在磁场中运动时的特性,它在现代电子技术以及材料研究等领域有广泛的应用。

本文将介绍霍尔效应实验的原理、实验装置以及实验步骤。

实验原理:霍尔效应的产生与洛伦兹力有关,当电流通过导体时,在磁场的作用下电子将受到垂直于电流方向和磁场方向的力。

这个垂直力会导致电子在导体中堆积,进而形成电荷分布差异。

这种电荷分布差异在导体两侧就产生了不同的电位,从而形成了霍尔电压。

实验装置:进行霍尔效应实验需要以下实验装置:1. 霍尔片:霍尔片是实验的核心部分,通常为矩形的硅片或镓砷化物片,其边上有两个电极引出。

2. 磁场源:实验需要一个恒定的磁场,可以使用永磁体或者电磁体产生。

3. 电源:提供电流源。

4. 电压测量仪器:用于测量霍尔电压。

5. 多用电表:用于测量电流和电压等基本参数。

实验步骤:1. 将霍尔片固定在实验台上,并连接到电路系统中。

2. 连接电源和电压测量仪器,保证电路的闭合。

3. 调整磁场源的位置和强度,使其垂直于霍尔片。

4. 打开电源,通过调节电流大小控制电流通过霍尔片。

5. 使用多用电表分别测量电流和霍尔电压,并记录数据。

6. 改变磁场强度或者电流大小,重复步骤5,并记录相应的数据。

7. 根据测量数据绘制电流与霍尔电压之间的关系曲线。

实验结果分析:根据实验数据的分析,我们可以得出以下结论:1. 当电流方向与磁场方向垂直时,霍尔电压达到最大值。

2. 霍尔电压与电流大小成正比,与磁场强度成正比。

3. 当电流方向与磁场方向平行时,霍尔电压为零。

在实际应用中,霍尔效应可以用于测量磁场的强度、方向以及电荷载流子的类型和浓度。

它被广泛应用于传感器、变压器、磁测量仪器等领域。

总结:霍尔效应实验是研究电流在磁场中的运动特性的重要实验之一。

通过实验我们能够深入了解霍尔效应的原理以及其在实际应用中的意义。

霍尔效应实验报告优秀4篇

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。

霍尔效应实验报告步骤(3篇)

霍尔效应实验报告步骤(3篇)

第1篇一、实验目的1. 理解霍尔效应的基本原理。

2. 学习使用霍尔效应实验仪测量磁场。

3. 掌握霍尔效应实验的数据记录和处理方法。

4. 通过实验确定材料的导电类型和载流子浓度。

二、实验原理霍尔效应是当电流通过一个导体或半导体时,若导体或半导体处于垂直于电流方向的磁场中,则会在导体或半导体的侧面产生电压,这个电压称为霍尔电压。

霍尔电压的大小与磁感应强度、电流强度以及导体或半导体的厚度有关。

三、实验仪器1. 霍尔效应实验仪2. 直流稳流电源3. 毫伏电压表4. 霍尔元件5. 导线6. 螺线管7. 磁铁四、实验步骤1. 仪器连接与调整- 将霍尔元件放置在实验仪的样品支架上,确保霍尔元件处于隙缝的中间位置。

- 按照实验仪的接线图连接电路,包括直流稳流电源、霍尔元件、螺线管和毫伏电压表。

- 调节稳流电源,使霍尔元件的工作电流保持在安全范围内(一般不超过10mA)。

- 使用调零旋钮调整毫伏电压表,确保在零磁场下电压读数为零。

2. 测量不等位电压- 在零磁场下,测量霍尔元件的不等位电压,记录数据。

3. 测量霍尔电流与霍尔电压的关系- 保持励磁电流不变,逐渐调节霍尔电流,从1.00mA开始,每隔1.0mA改变一次,记录每次霍尔电流对应的霍尔电压值。

- 改变霍尔电流的方向,重复上述步骤,记录数据。

4. 测量励磁电流与霍尔电压的关系- 保持霍尔电流不变,逐渐调节励磁电流,从100.0mA开始,每隔100.0mA改变一次,记录每次励磁电流对应的霍尔电压值。

- 改变励磁电流的方向,重复上述步骤,记录数据。

5. 绘制曲线- 根据实验数据,绘制霍尔电流与霍尔电压的关系曲线和励磁电流与霍尔电压的关系曲线。

6. 数据处理与分析- 根据霍尔效应的原理,计算霍尔系数和载流子浓度。

- 分析实验结果,确定材料的导电类型。

五、注意事项1. 操作过程中,注意安全,避免触电和电火花。

2. 霍尔元件的工作电流不应超过10mA,以保护元件。

3. 在调节电流和磁场时,注意观察毫伏电压表的读数变化,避免超出量程。

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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,则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发展,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。

若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发展,利用该效应制成的霍尔器件,由于结构简单、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,若在X 方向的电极D 、E 上通以电流Is ,在Z 方向加磁场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,BBv e F z V(N型) 0 (Y)E (P型)0 (Y)E (X)、B(Z) Is H H <>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,则在Y 方向即试样A 、A ´电极两侧就开始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。

电场的指向取决于试样的导电类型。

N 型半导体的多数载流子为电子,P 型半导体的多数载流子为空穴。

对N 型试样,霍尔电场逆Y 方向,P 型试样则沿Y 方向,有(a ) (b )图 (1) 样品示意图显然,该电场是阻止载流子继续向侧面偏移,试样中载流子将受一个与F g 方向相反的横向电场力F E =eE H (2) 其中E H 为霍尔电场强度。

F E 随电荷积累增多而增大,当达到稳恒状态时,两个力平衡,即载流子所受的横向电场力e E H 与洛仑兹力B v e 相等,样品两侧电荷的积累就达到平衡,故有B V e E e H = (3)设试样的宽度为b ,厚度为d ,载流子浓度为n ,则电流强度I s 与的 关系为d b ve n Is =(4)V由(3)、(4)两式可得dIsBR d IsB e n 1b E V HH H === (5) 即霍尔电压V H (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 称为霍尔系数,它是反映材料霍尔效应强弱的重要参数。

根据霍尔效应制作的元件称为霍尔元件。

由式(5)可见,只要测出V H (伏)以及知道Is (安)、B (高斯)和d (厘米)可按下式计算R H (厘米3/库仑)。

8H H 10IsBdV R ⨯=(6) 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C 、G 、S 实用单位而引入。

注:磁感应强度B 的大小与励磁电流I M 的关系由制造厂家给定并标明在实验仪上。

霍尔元件就是利用上述霍尔效应制成的电磁转换元件,对于成品的霍尔元件,其R H 和d 已知,因此在实际应用中式(5)常以如下形式出现:V H =K H I s B (7)其中比例系数 K H =nedd R 1H =称为霍尔元件灵敏度(其值由制造厂家给出),它表示该器件在单位工作电流和单位磁感应强度下输出的霍尔电压。

I s 称为控制电流。

(7)式中的单位取Is 为mA 、B 为KGS 、V H 为mV ,则K H 的单位为mV/(mA ·KGS )。

K H 越大,霍尔电压V H 越大,霍尔效应越明显。

从应用上讲, K H 愈大愈好。

K H 与载流子浓度n 成反比,半导体的载流子浓度远比金属的载流子浓度小,因此用半导体材料制成的霍尔元件,霍尔效应明显,灵敏度较高,这也是一般霍尔元件不用金属导体而用半导体制成的原因。

另外,K H 还与d 成反比,,因此霍尔元件一般都很薄。

本实验所用的霍尔元件就是用N 型半导体硅单晶切薄片制成的。

由于霍尔效应的建立所需时间很短(约10-12—10-14s ),因此使用霍尔元件时用直流电或交流电均可。

只是使用交流电时,所得的霍尔电压也是交变的,此时,式(7)中的I s 和V H 应理解为有效值。

根据R H 可进一步确定以下参数en 1R H =1.由R H 的符号(或霍尔电压的正、负)判断试样的导电类型判断的方法是按图(1)所示的Is 和B 的方向,若测得的V H =V AA '<0,(即点A的电位低于点A ´的电位)则R H 为负,样品属N 型,反之则为P 型。

2.由R H 求载流子浓度n 由比例系数en 1R H =得,e R 1n H =.应该指出,这个关系式是假定所有的载流子都具有相同的漂移速率得到的,严格一点,考虑载流子的漂移速率服从统计分布规律,需引入3π/8 的修正因子(可参阅黄昆、谢希德著半导体物理学)。

但影响不大,本实验中可以忽略此因素。

3.结合电导率的测量,求载流子的迁移率μ电导率σ与载流子浓度n 以及迁移率μ之间有如下关系σ=n e μ (8)由比例系数en 1R H =得,μ=|R H |σ,通过实验测出σ值即可求出μ。

根据上述可知,要得到大的霍尔电压,关键是要选择霍尔系数大(即迁移率μ高、电阻率ρ亦较高)的材料。

因|R H |=μρ,就金属导体而言,μ和ρ均很低,而不良导体ρ虽高,但μ极小,因而上述两种材料的霍尔系数都很小,不能用来制造霍尔器件。

半导体μ高,ρ适中,是制造霍尔器件较理想的材料,由于电子的迁移率比空穴的迁移率大,所以霍尔器件都采用N 型材料,其次霍尔电压的大小与材料的厚度成反比,因此薄膜型的霍尔器件的输出电压较片状要高得多。

就霍尔元件而言,其厚度是一定的,所以实用上采用de n 1K H =(9) 来表示霍尔元件的灵敏度,K H 称为霍尔元件灵敏度,单位为mV/(mA T )或mV/(mA KGS )。

三、实验仪器1. TH -H 型霍尔效应实验仪,主要由规格为>2500GS/A 电磁铁、N 型半导体硅单晶切薄片式样、样品架、I S 和I M 换向开关、V H 和V σ(即V AC )测量选择开关组成。

2. TH -H 型霍尔效应测试仪,主要由样品工作电流源、励磁电流源和直流数字 毫伏表组成。

四.实验方法1.霍尔电压V H 的测量应该说明,在产生霍尔效应的同时,因伴随着多种副效应,以致实验测得的A 、A 两电极之间的电压并不等于真实的V H 值,而是包含着各种副效应引起的附加电压,因此必须设法消除。

根据副效应产生的机理(参阅附录)可知,采用电流和磁场换向的对称测量法,基本上能够把副效应的影响从测量的结果中消除,具体的做法是Is 和B(即l M )的大小不变,并在设定电流和磁场的正、反方向后,依次测量由下列四组不同方向的Is 和B 组合的A 、A ′两点之间的电压V 1、V 2、V 3、和V 4 ,即+Is +B V 1 +Is -B V 2 -Is -B V 3 -Is +B V 4然后求上述四组数据V 1、V 2、V 3和V 4 的代数平均值,可得4V V V V V 4321H -+-=通过对称测量法求得的V H ,虽然还存在个别无法消除的副效应,但其引入的误差甚小,可以略而不计。

2.电导率σ的测量σ可以通过图1所示的A 、C (或A ´、C ´)电极进行测量,设A 、C 间的距离为l ,样品的横截面积为S =b d ,流经样品的电流为Is ,在零磁场下,测得A 、C (A ´、C ´ )间的电位差为V σ(V AC ),可由下式求得σSV lIs σσ=(10) 3.载流子迁移率μ的测量电导率σ与载流子浓度n 以及迁移率μ之间有如下关系σ=n e μ由比例系数en 1R H得,μ=|R H |σ. 五、实验内容仔细阅读本实验仪使用说明书后,按图(2)连接测试仪和实验仪之间相应的Is 、V H 和I M 各组连线,Is 及I M 换向开关投向上方,表明Is 及I M 均为正值(即Is 沿X 方向,B 沿Z 方向),反之为负值。

V H 、V σ切换开关投向上方测V H ,投向下方测V σ。

经教师检查后方可开启测试仪的电源。

注意:图(2)中虚线所示的部分线路即样品各电极及线包引线与对应的双刀开关之间连线已由制造厂家连接好)。

必须强调指出:严禁将测试仪的励磁电源“I M 输出”误接到实验仪的“Is 输入”或“V H 、V σ输出”处,否则一旦通电,霍尔元件即遭损坏!为了准确测量,应先对测试仪进行调零,即将测试仪的“Is 调节”和“ I M图 (2) 霍尔效应实验仪示意图调节”旋钮均置零位,待开机数分钟后若V H 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”。

转动霍尔元件探杆支架的旋钮X 、Y ,慢慢将霍尔元件移到螺线管的中心位置。

1.测绘V H -Is 曲线将实验仪的“V H 、V σ”切换开关投向V H 侧,测试仪的“功能切换”置V H 。

保持I M 值不变(取I M =0.6A ),测绘V H -Is 曲线,记入表1中,并求斜率,代入(6)式求霍尔系数R H ,代入(7)式求霍尔元件灵敏度K H 。

表1 I M =0.6A Is 取值:1.00-4.00 mA 。

H 实验仪及测试仪各开关位置同上。

保持Is 值不变,(取Is =3.00mA ),测绘V H -Is 曲线,记入表2中。

表2 Is =3.00mA I M 取值:0.300-0.800A 。

3.测量Vσ值将“VH 、Vσ”切换开关投向Vσ侧,测试仪的“功能切换”置Vσ。

在零磁场下,取Is=2.00mA,测量Vσ。

注意:Is取值不要过大,以免Vσ太大,毫伏表超量程(此时首位数码显示为1,后三位数码熄灭)。

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