霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告1實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1. 保持不變，使Im從0.50到4. 50變化測量VH.+B,+1VH=V1B, +VH=-V2B, IVH=V3+B, -IVH=-V4VH = (|Vl|+|V2|+|V3|+|V4|)/40. 501.601.003. 201. 504. 792. 006. 902. 507. 983. 009. 553. 5011. 174. 0012. 734. 5014. 34畫出線形擬合直線圖：Parameter Value ErrorA 0. 11556 0. 13364B 3. 16533 0. 0475R SD N P0. 99921 0. 1

2、8395 9 <0. 00012. 保持IS=4. 5mA ,測量ImVh關(guān)系VH = (|Vl|+|V2|+|V3|+|V4|)/40. 0501.600. 1003. 200. 1504. 790. 2006. 900. 2507. 980. 3009. 550. 35011.060. 40012. 690. 45014. 31Parameter Value ErrorA 0. 13389 0. 13855B 31.5 0. 49241R SD N P0. 99915 0. 19071 9 <0. 0001基本滿足線性要求。2. 判斷類型經(jīng)觀察電流由A'向A流,B穿過向

3、時(shí)電勢上低下髙所以載流子是正電荷空穴 導(dǎo)電。4.計(jì)算 RH, n, o , P線圈參數(shù)二5200GS/A； d二0. 50mm； b=4. 0mm； L=3. 0mm取Im=0. 450A；由線性擬合所得直線的斜率為3. 165(Q)°B=Im*5200GS/A=2340T；有 Q。若取d的單位為cm；磁場單位GS；電位差單位V；電流單位A；電量單位C；代入數(shù)值，得RH =6762cm3/Con=l/RHe=9. 24E14/cm-3。=0. 0473 (S/m)；=3. 198(cm2/Vs)o思考題：1、若磁場不恰好與霍爾元件片底法線一致，對測量結(jié)果有何影響，如果用 實(shí)驗(yàn)方法判斷

4、B與元件發(fā)現(xiàn)是否一致？答：若磁場方向與法線不一致，載流子不但在上下方向受力，前后也受力(為 洛侖茲力的兩個(gè)分量)；而我們把洛侖茲力上下方向的分量當(dāng)作合的洛侖茲力來 算，導(dǎo)致測得的Vh比真實(shí)值小。從而，RH偏小，n偏大；o偏大；卩不受影響。可測量前后兩個(gè)面的電勢差。若不為零，則磁場方向與法線不一致。2、能否用霍爾元件片測量交變磁場？答：不能，電荷交替在上下面積累，不會形成固定的電勢差，所以不可能測 量交變的磁場。霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告2一、實(shí)驗(yàn)名稱：霍爾效應(yīng)原理及其應(yīng)用二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、了解霍爾效應(yīng)產(chǎn)生原理；2、測量霍爾元件的、曲線，了解霍爾電壓與霍爾元件工作電流、直螺 線管的勵(lì)磁電流間的關(guān)系；3、學(xué)

5、習(xí)用霍爾元件測量磁感應(yīng)強(qiáng)度的原理和方法，測量長直螺旋管軸向磁 感應(yīng)強(qiáng)度及分布；4、學(xué)習(xí)用對稱交換測量法(異號法)消除負(fù)效應(yīng)產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差。三、儀器用具:YX-04型霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀(儀器資產(chǎn)編號)四、實(shí)驗(yàn)原理：1、霍爾效應(yīng)現(xiàn)象及物理解釋霍爾效應(yīng)從本質(zhì)上講是運(yùn)動(dòng)的帶電粒子在磁場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)被約束在固體材料中，這種偏轉(zhuǎn)就導(dǎo)致在垂直于 電流和磁場的方向上產(chǎn)生正負(fù)電荷的聚積，從而形成附加的橫向電場。對于圖1 所示。半導(dǎo)體樣品，若在x方向通以電流，在z方向加磁場，則在y方向即樣品 A、A'電極兩側(cè)就開始聚積異號電荷而產(chǎn)生相應(yīng)的電場，電場的指向取決于樣 品

6、的導(dǎo)電類型。顯然，當(dāng)載流子所受的橫向電場力時(shí)電荷不斷聚積，電場不斷 加強(qiáng)，直到樣品兩側(cè)電荷的積累就達(dá)到平衡，即樣品A、A'間形成了穩(wěn)定的電 勢差(霍爾電壓)。設(shè)為霍爾電場，是載流子在電流方向上的平均漂移速度；樣品的寬度為， 厚度為，載流子濃度為，則有：(1-1)因?yàn)?，又根?jù)，則(1-2)其中稱為霍爾系數(shù)，是反映材料霍爾效應(yīng)強(qiáng)弱的重要參數(shù)。只要測出、以 及知道和，可按下式計(jì)算：(1-3)(1-4)為霍爾元件靈敏度。根據(jù)RH可進(jìn)一步確定以下參數(shù)。(1) 由的符號(霍爾電壓的正負(fù))判斷樣品的導(dǎo)電類型。判別的方法是按圖1 所示的和的方向(即測量中的+ , +),若測得的0(即A'的電位

7、低于A的電 位)，則樣品屬N型，反之為P型。(2) 由求載流子濃度，即。應(yīng)該指出，這個(gè)關(guān)系式是假定所有載流子都具 有相同的漂移速度得到的。嚴(yán)格一點(diǎn)，考慮載流子的速度統(tǒng)計(jì)分布，需引入的 修正因子(可參閱黃昆、謝希德著半導(dǎo)體物理學(xué))。(3) 結(jié)合電導(dǎo)率的測量，求載流子的遷移率。電導(dǎo)率與載流子濃度以及遷 移率之間有如下關(guān)系：(1-5)2、霍爾效應(yīng)中的副效應(yīng)及其消除方法上述推導(dǎo)是從理想情況出發(fā)的，實(shí)際情況要復(fù)雜得多。產(chǎn)生上述霍爾效應(yīng)的 同時(shí)還伴隨產(chǎn)生四種副效應(yīng)，使的測量產(chǎn)生系統(tǒng)誤差，如圖2所示。(1) 厄廷好森效應(yīng)引起的電勢差。由于電子實(shí)際上并非以同一速度v沿y 軸負(fù)向運(yùn)動(dòng)，速度大的電子回轉(zhuǎn)半徑大，能

8、較快地到達(dá)接點(diǎn)3的側(cè)面，從而導(dǎo)致 3側(cè)面較4側(cè)面集中較多能量高的電子，結(jié)果3、4側(cè)面出現(xiàn)溫差，產(chǎn)生溫差電 動(dòng)勢。可以證明。的正負(fù)與和的方向有關(guān)。(2) 能斯特效應(yīng)引起的電勢差。焊點(diǎn)1、2間接觸電阻可能不同，通電發(fā)熱 程度不同，故1、2兩點(diǎn)間溫度可能不同，于是引起熱擴(kuò)散電流。與霍爾效應(yīng)類 似，該熱擴(kuò)散電流也會在3、4點(diǎn)間形成電勢差。若只考慮接觸電阻的差異，則 的方向僅與磁場的方向有關(guān)。(3) 里紀(jì)-勒杜克效應(yīng)產(chǎn)生的電勢差 <,上述熱擴(kuò)散電流的載流子由于速度不 同，根據(jù)厄廷好森效應(yīng)同樣的理由，又會在3、4點(diǎn)間形成溫差電動(dòng)勢。的正 負(fù)僅與的方向有關(guān)，而與的方向無關(guān)。(4) 不等電勢效應(yīng)引起的電

9、勢差。由于制造上的困難及材料的不均勻性，3、 4兩點(diǎn)實(shí)際上不可能在同一等勢面上，只要有電流沿x方向流過，即使沒有磁 場，3、4兩點(diǎn)間也會出現(xiàn)電勢差。的正負(fù)只與電流的方向有關(guān)，而與的方 向無關(guān)。綜上所述，在確定的磁場和電流下，實(shí)際測出的電壓是霍爾效應(yīng)電壓與副 效應(yīng)產(chǎn)生的附加電壓的代數(shù)和?？梢酝ㄟ^對稱測量方法，即改變和磁場的方向 加以消除和減小副效應(yīng)的影響。在規(guī)定了電流和磁場正、反方向后，可以測量 出由下列四組不同方向的和組合的電壓。即：然后求，的代數(shù)平均值得：通過上述測量方法，雖然不能消除所有的副效應(yīng)，但較小，引入的誤差不 大，可以忽略不計(jì)，因此霍爾效應(yīng)電壓可近似為(1-6)3、直螺線管中的磁場分布1、以上分析可知，將通電的.霍爾元件放置在磁場中，已知