霍尔效应及其应用实验报告

（物理学创新实验班41306187）

【摘要】 szy 本实验通过了解霍尔原理及霍尔元器件的使用，测绘VH?IS和VH?IM的图像并测量霍尔系数、电导率。试验在测量过程中，由于各种副效应会引起各种误差。在此做以分析和修正，采用VH对称测量法以消除副效应。经过修正后的实验，更

大程度地降低了实验误差，使K的测量更加接近真实值。

【关键词】

霍尔片 载流子密度 霍尔系数 霍尔电压 mathematica

【引言】

霍尔效应是霍尔于1879年发现的，这一效应在科学实验和工程技术中有着广泛的应用。霍尔系数的准确测量在应用中有着十分重要的意义。由于霍尔系数在测量过程中伴随着各种副效应，使得霍尔系数在测量过程中变得比较困难。因此我们在测量过程中采取了“对称测量法”消除副效应。

【正文】

一、实验原理

起的偏转。当带电粒子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。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，试样中载流子将受洛仑兹力：

F ? e v B ①

其中e为载流子电量， B为磁感V

应强度。无论载流子是正电荷还是负电荷，Fg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VH，形成相应的附加电场E—霍尔电场，相应的电压VH称为霍尔电压，电极A、A?称为霍尔电极。 g

（a） （b）

图(1) 原理图

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Fg方向相反的横向电场力：

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大学物理实验报告——霍尔效应及其应用

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学生物理实验报告

实验名称    霍尔效应及其应用                             

学  院              专   业               班   级             

报告人              学   号            

同组人            学   号            

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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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一、       名称：霍尔效应的应用

二、       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。

三、       器材：

1、实验仪：

（1）电磁铁。

（2）样品和样品架。

（3）Is和I_M 换向开关及V_H 、V_ó 切换开关。

2、测试仪：

（1）两组恒流源。

（2）直流数字电压表。

四、       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。如图15-1所示的半导体试样，若在X方向通以电流 ，在Z方向加磁场，则在Y方向即试样 A-A^/  电极两侧就开始聚集异号电荷而产生相应的附加电场。电场的指向取决于试样的导电类型。对图所示的N型试样，霍尔电场逆Y方向，（b）的P型试样则沿Y方向。即有

          

显然，霍尔电场是阻止载流子继续向侧面偏移，当载流子所受的横向电场力与洛仑兹力相等，样品两侧电荷的积累就达到动态平衡，故

                      （1）          

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实验报告

姓名:    学号:   系别:    座号:

实验题目: 通过霍尔效应测量磁场

实验目的: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

实验内容:

已知参数：b=4.0mm,   d=0.5mm,    =3.0mm.

          设，其中K=6200GS/A；

1.保持=0.450A不变，测绘曲线

  测量当正(反)向时, 正向和反向时的值,如下表

  做出曲线如下

  由origin得

  由和得

      

2.保持=4.50mA不变，测绘曲线

  测量当正(反)向时, 正向和反向时的值,如下表

  做出曲线如下

 

由origin得

  由和得

     

3.在零磁场下，取=0.1mA，在正向和反向时，测量

   的绝对值平均值为    =8.705mV

4.确定样品的导电类型，并求、n、σ和μ

(1)确定样品的导电类型

         控制电流和磁场方向如图所示时，电压表读数为正.可知薄片S的上表面积累正电荷,下表面积累负电荷.再根据洛沦兹力的受力规则判断,载流子受力向下,再由下表面积累负电荷知,载流子为负电荷.所以导电类型为n型.

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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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