霍爾效應(yīng)試驗及其應(yīng)用

1、霍爾效應(yīng)試驗及其應(yīng)用 土木一班 林曉 080105128摘要：霍爾效應(yīng)是磁電效應(yīng)的一種，這一現(xiàn)象是霍爾（A.H.Hall，18551938）于1879年在研究金屬的導(dǎo)電機構(gòu)時發(fā)現(xiàn)的。后來發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體、導(dǎo)電流體等也有這種效應(yīng)，而半導(dǎo)體的霍爾效應(yīng)比金屬強得多，利用這現(xiàn)象制成的各種霍爾元件，廣泛地應(yīng)用于工業(yè)自動化技術(shù)、檢測技術(shù)及信息處理等方面?；魻栃?yīng)是研究半導(dǎo)體材料性能的基本方法。通過霍爾效應(yīng)實驗測定的霍爾系數(shù)，能夠判斷半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電類型、載流子濃度及載流子遷移率等重要參數(shù)。流體中的霍爾效應(yīng)是研究“磁流體發(fā)電”的理論基礎(chǔ)。本次實驗通過對HLIV型霍爾效應(yīng)實驗儀的操控，根據(jù)實驗圖將霍爾效應(yīng)測試儀的三

2、對接線柱分別與霍爾效應(yīng)實驗儀的三對相應(yīng)接線端連，將霍爾片移至氣隙大致中央處，調(diào)節(jié)“調(diào)節(jié)”、“調(diào)節(jié)” 旋鈕、“，在（，）、（，）、（，）、（，）四種測量條件下，分別測出、，計算出值，利用式計算出各B值，求其平均值并計算計算靈敏度及載流子濃度n關(guān)鍵詞：霍爾系數(shù) 霍爾電壓 載流子濃度 霍爾電位差，Hall-effect experiment and its applicationAbstract: Hall effect is a magnetic-electric effect, this phenomenon is the Hall (AHHall ,1855-1938) in 1879, th

3、e study of metal conductive body when found. Later discovered that semiconductors, conductive fluid, also have this effect, while the semiconductor Hall-effect much stronger than metal, the use of this phenomenon made from a variety of Hall element, widely used in industrial automation technology, d

4、etection technology and information processing, etc. aspects. Hall-effect is to study the properties of semiconductor materials, the basic method. Experimental Determination of Hall-effect through the Hall coefficient,Able to judge the conductivity type of semiconductor materials, carrier concentrat

5、ion and carrier mobility, and other important parameters. Fluid is to study the Hall effect, "MHD power generation" in theoretical basis. This experiment by HL-IV-based Hall-effect experiment instrument manipulation, according to the experimental plan will be Hall effect tester separately

6、with three pairs of terminal Hall-effect experimental instrument with three pairs of corresponding terminals, the Hall film general of the Central Office moved to air-gap, adjust "tune", "tune" knob, "in the (+ B, + I), (+ B,-I), (-B,-I), (-B, + I) four kinds of MeasurementC

7、onditions were detected, calculated values, calculated using the B-type value, and calculate the average demand calculation of its sensitivity and the carrier concentration nKeywords: Hall coefficient Hall voltage Carrier concentration Hall Potential Difference1.引言：霍爾效應(yīng)從本質(zhì)上講是運動的帶電粒子在磁場中受洛輪磁力的作用而硬氣的偏

8、轉(zhuǎn)，當(dāng)帶電粒子（電子或空穴）被約束在固體材料當(dāng)中，這種偏轉(zhuǎn)就導(dǎo)致在垂直電流和磁場的方向上產(chǎn)生正負(fù)電荷在不同側(cè)的聚積，從而形成附加的橫向電場.所謂霍爾效應(yīng)，是指磁場作用于載流金屬導(dǎo)體、半導(dǎo)體中的載流子時，產(chǎn)生橫向電位差的物理現(xiàn)象。金屬的霍爾效應(yīng)是1879年被美國物理學(xué)家霍爾發(fā)現(xiàn)的。當(dāng)電流通過金屬箔片時，若在垂直于電流的方向施加磁場，則金屬箔片兩側(cè)面會出現(xiàn)橫向電位差。半導(dǎo)體中的霍爾效應(yīng)比金屬箔片中更為明顯，而鐵磁金屬在居里溫度以下將呈現(xiàn)極強的霍爾效應(yīng)。根據(jù)霍爾效應(yīng)，人們用半導(dǎo)體材料制成霍爾元件，它具有對磁場敏感、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、頻率響應(yīng)寬、 輸出電壓變化大和使用壽命長等優(yōu)點，因此，在測量、自動化

9、、計算機和信息技術(shù)等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。而實驗中需要以下步驟：11實驗過程將一塊半導(dǎo)體或?qū)w材料，沿Z方向加以磁場，沿X方向通以工作電流I，則在Y方向產(chǎn)生出電動勢，如圖1所示，這現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。稱為霍爾電壓。實驗表明，在磁場不太強時，電位差與電流強度I和磁感應(yīng)強度B成正比，與板的厚度d成反比，即 (1)或 (2)式（1）中稱為霍爾系數(shù)，式（2）中稱為霍爾元件的靈敏度，單位為mv / (mA·T)。產(chǎn)生霍爾效應(yīng)的原因是形成電流的作定向運動的帶電粒子即載流子（N型半導(dǎo)體中的載流子是帶負(fù)電荷的電子，P型半導(dǎo)體中的載流子是帶正電荷的空穴）在磁場中所受到的洛侖茲力作用而產(chǎn)生的。 如圖1（a）

10、所示，一快長為l、寬為b、厚為d的N型單晶薄片，置于沿Z軸方向的磁場中，在X軸方向通以電流I，則其中的載流子電子所受到的洛侖茲力為 (3)  式中為電子的漂移運動速度，其方向沿X軸的負(fù)方向。e為電子的電荷量。指向Y軸的負(fù)方向。自由電子受力偏轉(zhuǎn)的結(jié)果，向A側(cè)面積聚，同時在B側(cè)面上出現(xiàn)同數(shù)量的正電荷，在兩側(cè)面間形成一個沿Y軸負(fù)方向上的橫向電場（即霍爾電場），使運動電子受到一個沿Y軸正方向的電場力，A、B面之間的電位差為（即霍爾電壓），則 (4)將阻礙電荷的積聚，最后達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)時有 即 得 (5)此時B端電位高于A端電位。若N型單晶中的電子濃度為n，則流過樣片橫截面的電流 I=nebdV得 (6)將(6)式代入(5)式得 (7)式中稱為霍爾系數(shù)，它表示材料產(chǎn)生霍爾效應(yīng)的本領(lǐng)大?。桓咚褂嬀褪抢没魻栃?yīng)來測定磁感應(yīng)強度B值的儀器。它是選定霍爾元件，即已確定，保持控制電流I不變，則霍爾電壓與被測磁感應(yīng)強度B成正比。如按照霍爾電壓的大小，預(yù)先在儀器面板上標(biāo)定出高斯刻度，則使用時由指針示值就可直接讀出磁感應(yīng)強度B值。1.2實驗原理圖：2.結(jié)論：如今隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,霍爾效應(yīng)的應(yīng)用和擴展越來越廣泛，利用霍爾系數(shù)和電導(dǎo)率