篇一 :物理实验报告3_利用霍尔效应测磁场

实验名称:利用霍耳效应测磁场

实验目的:

a.了解产生霍耳效应的物理过程;

b.学习用霍尔器件测量长直螺线管的轴向磁场分布;

c.学习用“对称测量法”消除负效应的影响,测量试样的VH?IS和VH?IM曲线; d.确定试样的导电类型、载流子浓度以及迁移率。

实验仪器:

TH-H型霍尔效应实验组合仪等。

实验原理和方法:

1. 用霍尔器件测量磁场的工作原理

如下图所示,一块切成矩形的半导体薄片长为l、宽为b、厚为d,置于磁场中。磁场B垂直于薄片平面。若沿着薄片长的方向有电流I通过,则在侧面A和B间产生电位差VH?VA?VB。此电位差称为霍尔电压。

物理实验报告3利用霍尔效应测磁场

半导体片中的电子都处于一定的能带之中,但能参与导电的只是导带中的电子和价带中的空穴,它们被称为载流子。对于N型半导体片来说,多数载流子为电子;在P型半导体中,多数载流子被称为空穴。再研究半导体的特性时,有事可以忽略少数载流子的影响。 霍尔效应是由运动电荷在磁场中收到洛仑兹力的作用而产生的。以N型半导体构成的霍尔元件为例,多数载流子为电子,设电子的运动速度为v,则它在磁场中收到的磁场力即洛仑兹力为

Fm??ev?B

F的方向垂直于v和B构成的平面,并遵守右手螺旋法则,上式表明洛仑兹力F的方向与电荷的正负有关。

自由电子在磁场作用下发生定向便宜,薄片两侧面分别出现了正负电荷的积聚,以两个

侧面有了电位差。同时,由于两侧面之间的电位差的存在,由此而产生静电场,若其电场强度为Ex,则电子又受到一个静电力作用,其大小为

FE?eEx

电子所受的静电力与洛仑兹力相反。当两个力的大小相等时,达到一种平衡即霍尔电势不再变化,电子也不再偏转,此时,

Ex?BV

两个侧面的电位差

VH?Exb

由I?nevbd及以上两式得

VH?[1/(ned)]IB

其中:n为单位体积内的电子数;e为电子电量;d为薄片厚度。

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篇二 :霍尔效应测量磁场实验报告

【实验题目】通过霍尔效应测量磁场

【实验目的】

1、了解霍尔效应原理以及有关霍尔器件对材料要求的知识。

2、学习用“对称测量法”消除付效应影响。

3、根据霍尔电压判断霍尔元件载流子类型,计算载流子的浓度和迁移速度,

【实验仪器】

QS-H霍尔效应组合仪

【实验原理】

1、通过霍尔效应测量磁场

霍尔效应装置如图2.3.1-1和图2.3.1-2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A、A上施加电流I时,薄片内定向移动的载流子(设平均速率为)受到洛伦兹力的作用,

                                        (1)

无论载流子是负电荷还是正电荷,的方向均沿着x方向,在磁力的作用下,载流子发生偏移,产生电荷积累,从而在薄片B、B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FB方向相反的电场力

                     (2)

其中b为薄片宽度,随着电荷累积而增大,当达到稳定状态时,即

                           (3)

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篇三 :霍尔效应测量磁场实验报告

【实验题目】通过霍尔效应测量磁场

【实验目的】

1、了解霍尔效应原理以及有关霍尔器件对材料要求的知识。

2、学习用“对称测量法”消除付效应影响。

3、根据霍尔电压判断霍尔元件载流子类型,计算载流子的浓度和迁移速度,

【实验仪器】

QS-H霍尔效应组合仪

【实验原理】

1、通过霍尔效应测量磁场

霍尔效应装置如图2.3.1-1和图2.3.1-2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A、A上施加电流I时,薄片内定向移动的载流子(设平均速率为v)受到洛伦兹力FB的作用,

FB?qvB (1)

无论载流子是负电荷还是正电荷,FB的方向均

沿着x方向,在磁力的作用下,载流子发生偏移,

产生电荷积累,从而在薄片B、B两侧产生一个电

位差VH,形成一个电场E。电场使载流子又受到一

个与FB方向相反的电场力FE,

FE?qE?qVH (2)

其中b为薄片宽度,FE随着电荷累积而增大,当

达到稳定状态时FE?FB,即

qvB?qVH (3)

这时在B、B两侧建立的电场称为霍尔电场,相应的电压VH称为霍尔电压,电极B、B称为霍尔电极。

另一方面,射载流子浓度为n,薄片厚度为d,则电流

强度Im与v的关系为:

Im?bdnqv或v?Im

由(3)和(4)可得到 (4)

VH?1ImB nqd

霍尔效应测量磁场实验报告

霍尔效应测量磁场实验报告

(5)

1

另R?1,则 ne

IBVH?Rm d (6)

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,(6)常以如下形式出现:

VH?KHImB

式中KH? (7) R1?称为霍尔元件灵敏度,Im称为控制电流。 dned

由式(7)可见,若Im、KH已知,只要测出霍尔电压VH,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VH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。

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篇四 :北京大学物理实验报告:霍尔效应测量磁场(docx版)

霍尔效应测量磁场

【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

【仪器用具】

【实验原理】

(1)     霍尔效应法测量磁场原理

若将通有电流的导体至于磁场B之中,磁场B(沿着z轴)垂直于电流IS(沿着x轴)的方向,如图1所示则在导体中垂直于BIS方向将出现一个横向电位差UH,这个现象称之为霍尔效应。

图 1 霍尔效应示意图

若在x方向通以电流IS,在z方向加磁场B,则在y方向A、A′两侧就开始聚积异号电荷而产生相应的附加电场.当载流子所受的横向电场力FE洛伦兹力FB相等时:

此时电荷在样品中不再偏转,霍尔电势差就有这个电场建立起来。

N型样品和P型样品中建立起的电场相反,如图1所示,所以霍尔电势差有不同的符号,由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w,厚度为的d。通过样品电流IS=pqvwd,则空穴速率v=IS/pqwd,有

其中RH=1/pq称为霍尔系数,KH=RH/d=1/pqd称为霍尔元件灵敏度。

(2)     霍尔元件的副效应及其消除方法

在实际测量过程中,会伴随一些热磁副效应,这些热磁效应有:

埃廷斯豪森效应:由于霍尔片两端的温度差形成的温差电动势UE

能斯特效应:热流通过霍尔片在其端会产生电动势UN

­里吉—勒迪克效应:热流通过霍尔片时两侧会有温度差产生,从而又产生温差电动势UR

除此之外还有由于电极不在同一等势面上引起的不等位电势差U0

为了消除副效应,在操作时我们需要分别改变IH和B的方向,记录4组电势差的数据

IH正向,B正向时:

IH负向,B正向时:

IH负向,B负向时:

IH正向,B负向时:

取平均值有

(3)     测量电路

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篇五 :用霍尔效应测量螺线管磁场 物理实验报告

华南师范大学实验报告

学生姓名                              学      号                              

专    业       化学                   年级、班级                              

课程名称       物理实验               实验项目    用霍尔效应测量螺线管磁场    

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篇六 :物理实验报告3_利用霍尔效应测磁场

实验名称:利用霍耳效应测磁场

实验目的:

    a.了解产生霍耳效应的物理过程;

b.学习用霍尔器件测量长直螺线管的轴向磁场分布;

c.学习用“对称测量法”消除负效应的影响,测量试样的曲线;

d.确定试样的导电类型、载流子浓度以及迁移率。

实验仪器:

    TH-H型霍尔效应实验组合仪等。

实验原理和方法:

   

    1. 用霍尔器件测量磁场的工作原理

如下图所示,一块切成矩形的半导体薄片长为、宽为、厚为,置于磁场中。磁场B垂直于薄片平面。若沿着薄片长的方向有电流通过,则在侧面A和B间产生电位差。此电位差称为霍尔电压。

半导体片中的电子都处于一定的能带之中,但能参与导电的只是导带中的电子和价带中的空穴,它们被称为载流子。对于N型半导体片来说,多数载流子为电子;在P型半导体中,多数载流子被称为空穴。再研究半导体的特性时,有事可以忽略少数载流子的影响。

霍尔效应是由运动电荷在磁场中收到洛仑兹力的作用而产生的。以N型半导体构成的霍尔元件为例,多数载流子为电子,设电子的运动速度为,则它在磁场中收到的磁场力即洛仑兹力为

F的方向垂直于和B构成的平面,并遵守右手螺旋法则,上式表明洛仑兹力F的方向与电荷的正负有关。

自由电子在磁场作用下发生定向便宜,薄片两侧面分别出现了正负电荷的积聚,以两个侧面有了电位差。同时,由于两侧面之间的电位差的存在,由此而产生静电场,若其电场强度为,则电子又受到一个静电力作用,其大小为

电子所受的静电力与洛仑兹力相反。当两个力的大小相等时,达到一种平衡即霍尔电势不再变化,电子也不再偏转,此时,

两个侧面的电位差

及以上两式得

其中:n为单位体积内的电子数;e为电子电量;d为薄片厚度。

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篇七 :用霍尔效应测量螺线管磁场实验报告(空)

华 南 师 范 大 学

学院 实验报告 年级 实验日期年 月 姓名 教师评定 实验题目 用霍尔效应测量螺线管磁场

用霍尔传感器测量通电螺线管内励磁电流与输出霍尔电压之间关系,证明霍尔电势差与螺线管内磁感应强度成正比;用通电长直通电螺线管轴线上磁感应强度的理论计算值作为标准值来校准或测定霍尔传感器的灵敏度,熟悉霍尔传感器的特性和应用;用该霍尔传感器测量通电螺线管内的磁感应强度与螺线管轴线位置刻度之间的关系,作磁感应强度与位置刻线的关系图,学会用霍尔元件测量磁感应强度的方法。

一、实验目的

1.了解霍尔效应现象,掌握其测量磁场的原理。

2.学会用霍尔效应测量长直通电螺线管轴向磁场分布的方法。

二、实验原理

图1所示的是长直螺线管的磁力线分布,有图可知,其内腔中部磁力线是平行于轴线的直线系,渐近两端口时,这些直线变为从两端口离散的曲线,说明其内部的磁场在很大一个范围内是近似均匀的,仅在靠近两端口处磁感应强度才显著下降,呈现明显的不均匀性。根据电磁学毕奥-萨伐尔(Biot?Savat)定律,通电长直螺线管线上中心点的磁感应强度为: B中心???N?IML?D22 (1)

理论计算可得,长直螺线管轴线上两个端面上的磁感应强度为内腔中部磁感应强度的1/2:

11??N?IM (2) B端面?B中心??22L2?D2

式中,?为磁介质的磁导率,真空中的磁导率μ0=4π×10-7(T·m/A),N为螺线管的总匝数,IM为螺线管的励磁电流,L为螺线管的长度,D为螺线管的平均直径。 附加电势差的消除

应该说明,在产生霍尔效应的同时,因伴随着多种副效应(见附录),以致实验测得的电压并不等于真实的VH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lM)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V1、 V2、 1

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篇八 :用霍尔效应测量螺线管磁场的数据处理_物理实验报告

关于霍尔效应的数据处理:   

六、     思考题:

如果螺线管在绕制中,单位长度的匝数不相同或绕制不均匀,在实验中会出现什么情况?

答:可能会出现霍尔电势差与螺线管内磁感应强度或霍尔电流不成正比例关系。

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