【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
(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。
2、霍尔效应实验中的付效应
在实际应用中，伴随霍尔效应经常存在其他效应。例如实际中载流子迁移速率u服从统计分布规律，速度小的载流子受到的洛伦兹力小于霍尔电场作用力，向霍尔电场作用力方向偏转，速度大的载流子受到磁场作用力大于霍尔电场作用力，向洛伦兹力方向偏转。这样使得一侧告诉载流子较多，相当于温度较高，而另一侧低速载流子较多，相当于温度较低。这种横向温差就是温差电动势VE，这种现象称为爱延豪森效应。这种效应建立需要一定时间，如果采用直流电测量时会因此而给霍尔电压测量带来误差，如果采用交流电，则由于交流变化快使得爱延豪森效应来不及建立，可以减小测量误差。
此外，在使用霍尔元件时还存在不等位电动势引起的误差，这是因为霍尔电极B、B’不可能绝对对称焊在霍尔片两侧产生的。由于目前生产工艺水平较高，不等位电动势很小，故一般可以忽略，也可以用一个电位器加以平衡(图2.3.1-1中电位器R1)。
我们可以通过改变IS和磁场B的方向消除大多数付效应。具体说在规定电流和磁场正反方向后，分别测量下列四组不同方向的IS和B组合的VBB’,即
＋B， +I, VBB’=V1
-B， +I, VBB’=-V2
-B， -I, VBB’=V3
＋B， -I, VBB’=-V4 然后利用VH?1(V1?V2?V3?V4)得到霍尔电压平4
均值，这样虽然不能消除所有的付效应，但其引入的
误差不大，可以忽略不计。
3、电导率测量
测量方法如图3所示。设BC间距离为L，样品
横截面积为S=bd，流经样品电流为Im?0.15mA，在
零磁场下B?0，测得BC间电压为VBC,则：??
ImL
(8) VBCbd2
【实验内容及步骤】
一、验证霍尔电压VH与工作电流Im、霍尔电压VH与磁场B（B?n?IM?B0IM）即与IM的关系。
1、将测试仪上IM输出，Im输出和VH输入三对接线柱分别与实验台上对应接线柱连接。打开测试仪电源开关，预热数分钟后开始实验。
2、保持IM不变，取IM?400mA，Im取1.00,1.50??,4.50mA，将数据填入表1，测绘
VH?Im曲线，并计算B0?n?即B0。
15、0.20、0.25、0.30、0.35A，将数据3、保持Im不变，取Im?3.0mA，IM取0.10、0.
填入表,2，测绘VH?IM曲线。
4、在零磁场下B?0，取Im?0.15mA，测VBC。 5、确定样品导电类型。
二、测量螺线管周围的磁场
取IS?3.0mA，IM?400mA，霍尔元件放在磁场种不同位置X，分别测量霍尔电压
VH。填入表2，计算出B，在坐标纸上画出B?X曲线。
mmmm【原始数据】L?3.0mm b?4.0 d?0.5 KH?
表1 霍尔电压测量 （IM?400mA，霍尔片放在磁场中最强的地方）单位：mV
3
表2 霍尔电压测量 （Im?3.0mA，霍尔片放在磁场中最强的地方）单位：mV
表3 霍尔元件放在磁场种不同位置X，测量霍尔电压VH(IS?3.0mA，IM?400mA)
【实验数据处理】 思考题
? 若磁场不恰好与霍尔元件片底法线一致，对测量结果有何影响，如果用实验方法判断B与元件发现是否一致？
? 能否用霍尔元件片测量交变磁场
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第二篇：霍尔效应报告模版
深 圳 大 学 实 验 报 告
课程名称： 大学物理实验（2）
实验名称： 学院： 机电与控制工程学院
专业： 机械制造及其自动化 班级： 机械02班
组号： 20 指导教师：马永健 龚志瑞
报告人：2013110357
实验地点 科技楼 901
实验时间： 2014 年 10 月 13 日 星期 一
实验报告提交时间：
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