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。
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。
…… …… 余下全文