霍爾效應(yīng)測磁場-實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、經(jīng)過霍爾效應(yīng)測量磁場創(chuàng)立人：系統(tǒng)管理員總分：100實(shí)驗(yàn)?zāi)康慕?jīng)過用霍爾元件測量磁場，判斷霍爾元件載流子種類，計(jì)算載流子的濃度和遷移速度，以與認(rèn)識霍爾效應(yīng)測試中的各樣副效應(yīng)與除去方法。實(shí)驗(yàn)儀器QS-H霍爾效應(yīng)組合儀，小磁針，測試儀。霍爾效應(yīng)組合儀包括電磁鐵，霍爾樣品和樣品架，換向開關(guān)和接線柱，以以以下圖所示：測試儀由勵(lì)磁恒流源IM，樣品工作恒流源IS，數(shù)字電流表，數(shù)字毫伏表等組成，儀器面板以以以下圖：實(shí)驗(yàn)原理1、經(jīng)過霍爾效應(yīng)測量磁場霍爾效應(yīng)裝置以以下圖。將一個(gè)半導(dǎo)體薄片放在垂直于它的磁場中(B的方向沿z軸方向)，當(dāng)沿y方向的電極A、A上施加電流I時(shí)，薄片內(nèi)定向搬動(dòng)的載流子(設(shè)平均速率為u)碰到洛倫

2、茲力FBquB的作用。圖1.霍爾效應(yīng)裝置圖不論載流子是負(fù)電荷仍是正電荷，F(xiàn)B的方向均沿著x方向，在磁力的作用下，載流子發(fā)生偏移，產(chǎn)生電荷累積，進(jìn)而在薄片B、B兩側(cè)產(chǎn)生一個(gè)電位差VBB,形成一個(gè)電場E。電場使載流子又碰到一個(gè)與方向相反的電場力FEqEqVBB/b。其中b為薄片寬度，F(xiàn)E隨著電荷累積而增大，當(dāng)達(dá)到牢固狀態(tài)時(shí)FEFB，即qUBqV/b這時(shí)在B、B兩側(cè)BB成立的電場稱為霍爾電場，相應(yīng)的電壓稱為霍爾電壓，電極B、B稱為霍爾電極。另一方面，射載流子濃度為n,薄片厚度為d,則電流強(qiáng)度I與u的關(guān)系為：RH稱為霍爾系數(shù)，它表現(xiàn)了資料的霍爾效應(yīng)大小。依照霍爾效應(yīng)制作的元件稱為霍爾元件。在應(yīng)用中VK

3、HIB，式中若I、KH已知，只需測出霍爾電壓V，即可算出磁場B的BBBB大??；并且若知載流子種類(n型半導(dǎo)體多半載流子為電子，P型半導(dǎo)體多半載流子為空穴),則由VBB的正負(fù)可測出磁場方向，反之，若已知磁場方向，則可判斷載流子種類。2、霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中的副效應(yīng)（1）愛延豪森效應(yīng)這種效應(yīng)成立需要一準(zhǔn)時(shí)間，若是采用直流電測量時(shí)會因此而給霍爾電壓測量帶來誤差，若是采用溝通電，則由于溝通變化快使得愛延豪森效應(yīng)來不與成立，能夠減小測量誤差。（2）不等位電動(dòng)勢惹起的誤差這是由于霍爾電極B、B不能能絕對對稱焊在霍爾片兩側(cè)產(chǎn)生的。由于眼前生產(chǎn)工藝水平較高，不等位電動(dòng)勢很小，故一般能夠忽略，也能夠用一個(gè)電位器加以平

4、衡。我們能夠經(jīng)過改變IS和磁場B的方向消除大部分付效應(yīng)。詳細(xì)說在規(guī)定電流和磁場正反方向后，分別測量以下四組不同樣方向的IS和組合的VBB,即爾后獲得霍爾電壓平均值，這樣誠然不能夠除去所有的副效應(yīng)，但其引入的誤差不大，能夠忽略不計(jì)。3、資料的電導(dǎo)率和載流電子濃度與遷移率設(shè)BC間距離為L，樣品橫截面積為S=bd，流經(jīng)樣品電流為IS，在零磁場下，測得BC間電壓為VBC,依照歐姆定律能夠求出:（1）資料的電導(dǎo)率2）載流子的濃度3）載流子遷移率載流子電子的遷移用來描繪載流子在電場下運(yùn)動(dòng)的難易程度。電導(dǎo)率與載流子濃度以與遷移率之間：ne因此RH實(shí)驗(yàn)內(nèi)容將測試儀上IM輸出，IS輸出和VH輸入三對接線柱分別與

5、實(shí)驗(yàn)臺上對應(yīng)接線柱連結(jié)。翻開測試儀電源開關(guān)，預(yù)熱數(shù)分鐘后開始實(shí)驗(yàn)。1.保持IM不變，取IM0.45A，IS取1.00,1.50,4.50mA，測繪VHIS曲線，計(jì)算RH。2.保持IS不變，取IS4.50mA，IM取0.100,0.150,0.450A，測繪VHIM曲線，計(jì)算RH。3.在零磁場下，取IS=0.1mA，測VBC(即V)。4.確定樣品導(dǎo)電種類，并求載流子濃度n,遷移率m,電導(dǎo)率s。電子的遷移率，表示每秒鐘每伏特電壓下電子的運(yùn)動(dòng)X圍大小。用來描繪載流子在電場下運(yùn)動(dòng)的難易程度，其定義是：在弱電場作用下，載流子平均漂移速率與電場強(qiáng)度的比值。它的量綱是速度除以電場強(qiáng)度，常用的單位是單位是cm

6、2/vs。數(shù)據(jù)辦理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：經(jīng)過霍爾效應(yīng)測磁場總分值：801.實(shí)驗(yàn)已知數(shù)據(jù)(不計(jì)分)霍爾元件的長度L(mm)=(不計(jì)分)霍爾元件的寬度b(mm)=(不計(jì)分)霍爾元件的厚度d(mm)=(不計(jì)分)電磁鐵的勵(lì)磁參數(shù)(Gs/A)=2.保持勵(lì)磁IM0.45A不變，測繪VHIS曲線，計(jì)算RH(9分)數(shù)據(jù)表格：Is(mA)0.501.001.502.002.503.003.504.004.50V1(mV)V2(mV)V3(mV)V4(mV)VH(mV)(6分)依占有關(guān)的參數(shù)，獲得圖型信息（圖像繪制正確，得6分）(5分)有圖可知斜率k(mV/A)=(5分)霍爾系數(shù)RH(單位：103cm3/c)=3.保持樣品工

7、作電流IS=4.50mA不變，測繪VHIM曲線，計(jì)算RH(9分)數(shù)據(jù)表格：Im(A)0.050.100.150.200.250.300.350.400.45V1(mV)V2(mV)V3(mV)V4(mV)VH(mV)(6分)依占有關(guān)的參數(shù)，獲得圖型信息圖像繪制正確，得6分(5分)由圖可知斜率k(mV/A)=(5分)霍爾系數(shù)RH(單位：103cm3/c)=4.在零磁場下取IS=0.10mA,測VBCn,遷移率,電導(dǎo)，確定樣品導(dǎo)電種類，求載流子濃度率。(不計(jì)分)VBC(mV)=(不計(jì)分)樣品導(dǎo)電種類=(不計(jì)分)霍爾系數(shù)RH(單位：103cm3/c)=(10分)樣品電導(dǎo)率(s/m)=(10分)載流子的濃度（單位：1020/m3）=(10分)載流子遷移率(單位：m2/(Vs)=思慮題總分值：10思慮題1總分值：51.若磁場不碰巧與霍耳元件片的法線一致，對測量結(jié)果有何影響，怎樣用實(shí)驗(yàn)的方法判斷B與元件法線可否一致？答案：思慮題2總分值：32.可否用