利用霍爾效應(yīng)測(cè)磁場(chǎng)ppt課件

1、利用霍爾效應(yīng)測(cè)磁場(chǎng)利用霍爾效應(yīng)測(cè)磁場(chǎng)綜合性實(shí)驗(yàn)21【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹俊緦?shí)驗(yàn)?zāi)康摹縩1、研討霍爾效應(yīng)的根本特性、研討霍爾效應(yīng)的根本特性n1了解霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)原理以及有關(guān)霍爾器件對(duì)了解霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)原理以及有關(guān)霍爾器件對(duì)資料要求的知識(shí)；資料要求的知識(shí)；n2測(cè)繪霍爾元件的測(cè)繪霍爾元件的 和和 曲線；曲線；n3確定霍爾元件的導(dǎo)電類型，丈量其霍爾系數(shù)、確定霍爾元件的導(dǎo)電類型，丈量其霍爾系數(shù)、載流子濃度以及遷移率。載流子濃度以及遷移率。n2、運(yùn)用霍爾效應(yīng)丈量磁場(chǎng)、運(yùn)用霍爾效應(yīng)丈量磁場(chǎng)HSVIHMVI【實(shí)驗(yàn)儀器】【實(shí)驗(yàn)儀器】 HLZ-2螺線管磁場(chǎng)儀、UJ31型直流電位差計(jì)、光點(diǎn)復(fù)射式檢流計(jì)、雙路直流穩(wěn)壓電源、規(guī)范電池

2、、甲電池、電阻箱、數(shù)字萬(wàn)用表等。 霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀表示圖【實(shí)驗(yàn)原理】【實(shí)驗(yàn)原理】1 霍爾效應(yīng)霍爾效應(yīng) 霍爾效應(yīng)從本質(zhì)上講是運(yùn)動(dòng)的帶電粒子在磁霍爾效應(yīng)從本質(zhì)上講是運(yùn)動(dòng)的帶電粒子在磁場(chǎng)中受洛侖茲力作用而引起的偏轉(zhuǎn)。當(dāng)帶電粒場(chǎng)中受洛侖茲力作用而引起的偏轉(zhuǎn)。當(dāng)帶電粒子電子或空穴被約束在固體資料中，這種子電子或空穴被約束在固體資料中，這種偏轉(zhuǎn)就導(dǎo)致在垂直電流和磁場(chǎng)方向上產(chǎn)生正負(fù)偏轉(zhuǎn)就導(dǎo)致在垂直電流和磁場(chǎng)方向上產(chǎn)生正負(fù)電荷的聚積，從而構(gòu)成附加的橫向電場(chǎng)，即霍電荷的聚積，從而構(gòu)成附加的橫向電場(chǎng)，即霍爾電場(chǎng)爾電場(chǎng) 。HEa b圖1 霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)原理表示圖a載流子為電子N型；b載流子為空穴P型 霍爾電場(chǎng) 是阻止載

3、流子繼續(xù)向側(cè)面偏移，當(dāng)載流子所受的橫向電場(chǎng)力 與洛侖茲力 相等，樣品兩側(cè)電荷的積累就到達(dá)動(dòng)態(tài)平衡，故有 1 設(shè)試樣的寬為b，厚度為d，載流子濃度為n ，那么 2由1、2兩式可得： 3比例系數(shù) 稱為霍爾系數(shù)，它是反映資料霍爾效應(yīng)強(qiáng)弱的重要參數(shù)。只需測(cè)出 伏以及知道 安、高斯和 厘米可按下式計(jì)算 厘米3庫(kù)侖： 41HRne2霍爾系數(shù)與其它參數(shù)間的關(guān)系霍爾系數(shù)與其它參數(shù)間的關(guān)系 根據(jù) 可進(jìn)一步確定以下參數(shù)： 1由由 的符號(hào)或霍爾電壓的正負(fù)判別樣品的導(dǎo)電類型。判別的的符號(hào)或霍爾電壓的正負(fù)判別樣品的導(dǎo)電類型。判別的方法是按圖方法是按圖1所示的所示的 和和 的方向，假設(shè)測(cè)得的的方向，假設(shè)測(cè)得的 即即 點(diǎn)電

4、位高點(diǎn)電位高于于 點(diǎn)的電位，那么點(diǎn)的電位，那么 為負(fù)，樣品屬為負(fù)，樣品屬N型；反之那么為型；反之那么為P型。型。由由RH求載流子濃度求載流子濃度n。即。即 。應(yīng)該指出，這個(gè)關(guān)系式是假定。應(yīng)該指出，這個(gè)關(guān)系式是假定一切載流子都具有一樣的漂移速度得到的，嚴(yán)厲一點(diǎn)，假設(shè)思索載流子一切載流子都具有一樣的漂移速度得到的，嚴(yán)厲一點(diǎn)，假設(shè)思索載流子的速度統(tǒng)計(jì)分布，需引入的速度統(tǒng)計(jì)分布，需引入 的修正因子可參閱黃昆、謝希德著的修正因子可參閱黃昆、謝希德著。3結(jié)合電導(dǎo)率的丈量，求載流子的遷移率結(jié)合電導(dǎo)率的丈量，求載流子的遷移率 。電導(dǎo)率。電導(dǎo)率 與載流子濃與載流子濃度度n以及遷移率以及遷移率 之間有如下關(guān)系：之

5、間有如下關(guān)系： 5即即 ，測(cè)出，測(cè)出 值即可求值即可求 。1HnRe383霍爾效應(yīng)與資料性能的關(guān)系霍爾效應(yīng)與資料性能的關(guān)系 根據(jù)上述可知，要得到大的霍爾電壓，關(guān)鍵是要選擇霍爾系數(shù)大即遷移率高、電阻率亦較高的資料。因 ，就金屬導(dǎo)體而言，遷移率和電阻率均很低，而不良導(dǎo)體電阻率雖高，但遷移率極小，因此這兩種資料的霍爾系數(shù)都很小，不能用來(lái)制造霍爾器件。半導(dǎo)體遷移率高，電阻率適中，是制造霍爾元件較理想的資料，由于電子的遷移率比空穴遷移率大，所于霍爾元件多采用N型資料，其次霍爾電壓的大小與資料的厚度成反比，因此薄膜型的霍爾元件的輸出電壓較片狀要高得多。實(shí)驗(yàn)方法實(shí)驗(yàn)方法1霍爾電壓霍爾電壓 的丈量方法的丈量方

6、法 值得留意的是，在產(chǎn)生霍爾效應(yīng)的同時(shí)，因伴隨著值得留意的是，在產(chǎn)生霍爾效應(yīng)的同時(shí)，因伴隨著各種副效應(yīng)，以致實(shí)驗(yàn)測(cè)得的各種副效應(yīng)，以致實(shí)驗(yàn)測(cè)得的 、 兩極間的電壓并兩極間的電壓并不等于真實(shí)的霍爾電壓不等于真實(shí)的霍爾電壓 值，而是包含著各種副效應(yīng)所值，而是包含著各種副效應(yīng)所引起的附加電壓，因此必需設(shè)法消除。根據(jù)副效應(yīng)產(chǎn)引起的附加電壓，因此必需設(shè)法消除。根據(jù)副效應(yīng)產(chǎn)生的機(jī)理可知，采用電流和磁場(chǎng)換向的對(duì)稱丈量法，生的機(jī)理可知，采用電流和磁場(chǎng)換向的對(duì)稱丈量法，根本上能把副效應(yīng)的影響從丈量結(jié)果中消除。即在規(guī)根本上能把副效應(yīng)的影響從丈量結(jié)果中消除。即在規(guī)定了電流和磁場(chǎng)正、反方向后，分別丈量由以下四組定了電流和磁場(chǎng)正、反方向后，分別丈量由以下四組不同方向的不同方向的 和和 組合的組合的 、 兩點(diǎn)的電位差即：兩點(diǎn)的電位差即： 然后求 、 、 和 的代數(shù)平均值。 6 經(jīng)