霍尔效应实验

 一、实验目的

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V_H—Is，V_H—I_M曲线，了解霍尔电势差V_H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。

二、实验仪器

霍尔效应实验仪和测试仪

三、实验原理

运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力的作用而引起偏转，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（霍尔电场），这就是霍尔效应的本质。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V_H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I_M）的大小不变，并在设定电流和磁场的正反方向后，依次测量由下面四组不同方向的Is和B（即I_M）时的V₁，V₂，V₃，V₄，

1）+I_s    +B      V₁

2）+I_s    -B       V₂

3）-I_s     -B      V₃

4）-I_s    +B       V₄

然后求它们的代数平均值，可得：

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华南农业大学信息软件学院 实验报告

课程：大学物理实验    学期：20##-2013第一学期  任课老师：***

专业班级：**************学号：**************        姓名：***    

评分：

实验3  霍尔效应的应用  

一．      实验目的

1.     了解霍尔效应实验原理以及有关霍尔器件对材料要求的知识。

2.    测量霍尔元件的曲线，了解霍尔电压与霍尔元件工作电流、直螺线管的励磁电流之间的系。

3.     学习用对称测量法消除副效应的影响，测量试样的和曲线。

4.     确定试样的导电类型、载流子浓度以及迁移率。

二．      实验仪器设备

TH-H  型霍尔实验组合仪由试验仪和测试仪组成

1.实验仪： 本实验仪由电磁铁、二维移动标尺、三个换向闸 刀开关、霍尔元件组成。C型

电磁铁，给它通以电流产生磁场。 二维移动标尺及霍尔元件；霍尔元件是由N型半导体材料制成的，将其固定在二维移动标尺上，将霍尔元件放入磁铁的缝隙之中，使霍尔元件垂直放置在磁场之中，在霍尔元件上通以电流，如果这个电流是垂直于磁场方向的话，则在垂直于电流和磁场方向上导体两侧会产生一个电势差。 三个双刀双掷闸刀开关分别对励磁电流，工作电流  霍尔电压  进行通断和换向控制。右边闸刀控制励磁电流的通断换向。左边闸刀开关控制工作电流的通断换向。中间闸刀固定不变即指向一侧。

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霍尔效应数据处理范例

由公式：

      ；                                                  

得           

——真空磁导率（=）；N——励磁线圈的匝数（N=1500）；I_M——线圈中的励磁电流；

L₁——气隙距离；  L₂——铁芯磁路平均长度；m_r——铁芯相对磁导率(m_r=1500)

例1、用逐差法处理数据：

数据记录及处理

I_M=200mA,   L₁=3.00mm;    L₂=287mm;

V₈－V₁＝6.30－0.82＝5.48    V₉－V₂＝7.10－1.60＝5.50     V₁₀－V₃＝7.87－2.39＝5.48

V₁₁－V₄＝868－3.18＝5.50    V₁₂－V₅＝9.45－3.97＝5.48    V₁₃－V₆＝10.25－4.74＝5.51

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实   验   报   告

学生姓名：           学号：       指导教师：

实验地点：                实验时间：

一、实验室名称：霍尔效应实验室                               

二、    实验项目名称：霍尔效应法测磁场

三、实验学时：

四、实验原理：

（一）霍耳效应现象

将一块半导体（或金属）薄片放在磁感应强度为B的磁场中，并让薄片平面与磁场方向（如Y方向）垂直。如在薄片的横向（X方向）加一电流强度为的电流，那么在与磁场方向和电流方向垂直的Z方向将产生一电动势。

如图1所示，这种现象称为霍耳效应，称为霍耳电压。霍耳发现，霍耳电压与电流强度和磁感应强度B成正比，与磁场方向薄片的厚度d反比，即

                        （1）

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霍尔效应—材料电传导特性测量

一．实验目的

详见预习报告

二.   实验原理

详见预习报告

三．实验步骤与数据记录

仪器型号： DHD8012型程控换相电源 CVM-2000型电输运性质测试仪

1．按实验装置图检查测试系统各组件和连线；

2. 打开电特性测试仪开关，预热半小时；打开励磁电源开关，预热半小时；并将励磁电源设置为自动扫描；

3. 测量电磁铁的磁场与励磁电流的关系

（1）将恒流源的电流端和微伏表上的霍尔电压测试端与霍尔元件上的相应端点连接。设置恒流源的输出电流I_S分别为3mA,2mA,1mA,然后将励磁电流I_m通过计算机调整到5A，按步长0.5A将电流减小到0，换向后反方向增加到-5A。测出每一点霍尔器件输出的霍尔电压；

（2）由公式, 计算不同励磁电流对应的磁场值，并绘出B—I_m曲线（霍尔元件的性能参数）；

（3）所记录的数据如下表：

表1.测量磁场电流与电磁铁磁场的关系

图1.励磁电流Im与磁场B关系图

用MATLAB拟合曲线得关系式为B = -946.6*Im -250;

R-square:1; Adjusted R-square:1; RMSE:9.768

4. 测量半导体样品的电阻率、霍尔系数，确定半导体样品中的载流子浓度和迁移率

锑化铟样品薄膜厚度d=0.47mm

（1）样品电阻率的测量：不加磁场而通以正电流，给AB和AD通以恒定电流I，测量V_DC（+I）和V_BC（+I）；改变电流方向测量V_DC（-I）和V_BC（-I）；由上述数据，据式可获得半导体样品的平均电阻率ρ；

所记录数据如下：

①I从A→B (V₁)，I=10mA，测得V_DC = 0.122mV; I=-10mA,测得V_DC’= -0.112mV；

②I从A→D (V₂)，I=10mA，测得V_BC = 0.129mV; I=-10mA,测得V_BC’= -0.119mV；

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物理实验报告

姓名：                  专业：            班级：           学号：            

实验日期：           实验教室：     指导教师：       

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霍耳效应实验报告

学号：200702050940   实验人：张学林   同组人： 杨天海   

实验目的：

1、  观察霍耳效应；

2、  了解应用霍耳效应进行简单的相关测量的方法

实验内容：

       1、确定样品导电类型；

       2、测算霍耳系数、载流子浓度、霍耳灵敏度；

       3、测算长螺线管轴线上的磁场分布。

实验原理：

       一、关于霍耳效应

       如图一所示。当电流通过一块导体或半导体制成的薄片时，载流子会发生漂移。

       而将这种通有电流的薄片置于磁场中，并使薄片平面垂直于磁场方向。根据图一中的电流方向，并结合右手定则，我们可以看到：（1）无论导体中的载流子带正电荷还是负电荷，其受力均为F_m方向；（2）载流子均会沿X轴方向运动，并最终靠在A端。于是：（1）当载流子为正电荷时薄板A端带正电荷，导致板A端电势高于B端；（2）当载流子为负电荷时薄板A端带负电荷，导致板B端电势高于A端。

       这就是霍耳效应。

       二、关于霍耳效应性质的研究

       如图一，关于霍耳效应的相关参量已如图所示。

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