霍爾效應實驗報告-霍爾效應實驗實驗報告

1、霍爾效應實驗報告篇一：霍爾效應實驗報告篇二：霍爾效應的應用實驗報告一、名稱：霍爾效應的應用二、目的：1 .霍爾效應原理及霍爾元件有關(guān)參數(shù)的含義和作用2.測繪霍爾元件的VHIs，VHIM曲線，了解霍爾電 勢差VH與霍爾元件工作電流Is，磁場應強度B及勵磁電流 IM之間的關(guān)系。3.學習利用霍爾效應測量磁感應強度B 及磁場分布。4 .學習用“對稱交換測量法”消除負效應產(chǎn)生 的系統(tǒng)誤差。三、器材：1、實驗儀：（1）電磁鐵。（2）樣品和樣品架。（3） Is和IM換向開關(guān)及VH、V6切換開關(guān)。2、測 試儀：（1）兩組恒流源。（2）直流數(shù)字電壓表。四、原理：霍爾效應從本質(zhì)上講是運動的帶電粒子在磁場中受洛侖

2、茲力作用而引起的偏轉(zhuǎn)。當帶電粒子（電子或空穴）被約束 在固體材料中，這種偏轉(zhuǎn)就導致在垂直電流和磁場方向上產(chǎn) 生正負電荷的聚積，從而形成附加的橫向電場，即霍爾電場 EH。如圖15-1所示的半導體試樣，若在X方向通以電流IS， 在Z方向加磁場B，則在Y方向即試樣A-A/電極兩側(cè)就開始聚集異號電荷而產(chǎn)生相應的附加電場。電場的指向取決于試樣的導電類型。對圖所示的N型試樣，霍爾電 場逆Y方向，（b）的P型試樣則沿Y方向。即有EH0EH0顯然，霍爾電場EH是阻止載流子繼續(xù)向側(cè)面偏移，當載 流子所受的橫向電場力eEH與洛侖茲力eB相等，樣品兩側(cè) 電荷的積累就達到動態(tài)平衡，故eEH?eB （1）其中EH為霍爾

3、電場，v是載流子在電流方 向上的平均漂移速度。設試樣的寬為b，厚度為d，載流子濃度為n，則IS?nebd（2） 由（1）、（2）兩式可得：VH1ne?EHb?1ISBned?RHISBd即霍爾電壓VH（A、A /電極之間的電壓）與ISB乘積 成正比與試樣厚度d成反比。比例系數(shù)RH稱為只要測出VH （伏）以及知道IS （安）、B （高斯）和d （厘米）可按下式計算RH （厘米3/庫侖）：RH =VHdISB?108（4）上式中的108是由于磁感應強度B用電磁單位（高斯） 而其它各量均采用CGS實用單位而引入。由于產(chǎn)生霍爾效應的同時，伴隨多種副效應，以致實測 的霍爾電場間電壓不等于真實的VH值，因

4、此必需設法消除。 根據(jù)副效應產(chǎn)生的機理，采用電流和磁場換向的對稱測量法 基本上能把副效應的影響從測量結(jié)果中消除。具體的做法是 Is和B （即IM）的大小不變，并在設定電流和磁場的正反方 向后，依次測量由下面四組不同方向的Is和B （即IM）時 的 VI，V2，V3，V4，1） +Is +BV1 2） +Is -B V2 3） -Is -BV3 4） -Is +B V4然后求它們的代數(shù)平均值，可得：VH?V1?V2?V3?V44通過對稱測量法求得的VH誤差很小。另一方面，射載流子濃度為。,薄片厚度為d,則電流強度I 與u的關(guān)系為：I?bdnqu?，則可得到 VBB?lIBnqd?，令 R?lnq

5、，則 VBB?RIBd?，R稱為霍爾系數(shù)，它體現(xiàn)了材料的霍爾效應大小。根據(jù) 霍爾效應制作的元件稱為霍爾元件。在應用中，常以如下形式出現(xiàn)：VBB?KHIB ?，式中K 為霍爾元件靈敏度，I稱為控制電流?？梢?，若I、KH已知，只要測出霍爾電壓VBB，即可 算出磁場B的大?。徊⑶胰糁d流子類型，則由VBB的正 負可測出磁場方向，反之，若已知磁場方向，則可判斷載流 子類型。由于霍爾效應建立所需時間很短，因此霍爾元件使用交流 電或者直流電都可。指示交流電時，得到的霍爾電壓也是交 變的，I和VBB應理解為有效值。HRd?1nqd稱五、步驟：1、測量霍耳電壓VH與工作電流IS的關(guān)系。對測試儀進行調(diào)零。將測試

6、儀的“IS調(diào)節(jié)”和“IM調(diào)節(jié)”旋鈕均置零位，待開機數(shù)分鐘后若VH顯示不為零，可通過面板左下方小孔的“調(diào)零”電位器實現(xiàn)調(diào)零，即“0.00”。測繪VH-IS曲線。將實驗儀的“VH，V?”切換開關(guān)投向VH側(cè)，測 試儀的“功能切換”置VH，保持IM值不變（取IM=0.6A），繪制VH-IS曲線。2、測量霍耳電壓VH與工作電流IM的關(guān)系。實驗儀與測試儀各開關(guān)位置同上。保持半導體的電流IS 不變（取=300mA），繪制VH-IM曲線。3、測量V?值。將切換開關(guān)“VH，V?”投向V?側(cè)，“功能切換”置V?。在零IS磁場下，取IS=2.00mA，測量V?。4、確定樣品的導電類型。將實驗儀三組雙刀開關(guān)均投向 上

7、方，即IS沿X方向，B沿Z方向。毫伏表測量電壓為VAA?。 取IS=2.00mA IM=0.6A，測量VH大小及極性，判斷樣品 導電類型。5、求樣品RH，n，?，值。六、記錄：1 .測繪 UH?IS 曲線，保持 IM=0.6A、IS=1.004.00mA 不變，在表格中記錄霍2.測繪UHIM 曲線，保持Is=3.00mA； Im=0.3000.800A不變，在表格 中記測得：V?=130.6mVVh=-5.40mV七、數(shù)據(jù)處理：1、根據(jù)數(shù)據(jù)表作出曲線圖：2、在零磁場下，取IS=2.00mA，測出V?=130.6mV3、確定樣品的導電類型。測出霍耳電壓VH=-5.40mV0, 故樣品屬N型。4、

8、求樣品RH，n，?，值。由RH?得RH?6.15?10?3RH?6?6.02?10?3故RH=?216.09?10?3=?6.09?10 (Vm/AT)?19?3(2) n? (3) ?=IRHIeISLU?S?1.6?10?1.03?10)?22.06?IRHI?6.09?10?3?22.06?0.13八、預習思考題：1、霍耳元件為什么要用半導體材料，而且要求做得很 ??？霍爾電壓是如何產(chǎn)生的？答：半導體材料的遷移率?高，電阻率?適中，是制造霍耳 器件較理想的材料。2、工作電流和磁場為什么要換向？實際操作時如何實 現(xiàn)？答：為了把產(chǎn)生霍耳效應的時候所伴隨的副效應的影響 從測量的結(jié)果中消除。實際操

9、作時通過切換實驗儀三組雙刀 開關(guān)改變電流和磁場的方向。U?分別表示什么含義？ IS、IM的作用分別是什么？ UH、 3、回答 IS、IM、答：IS表示樣品工作電流；IM表示勵磁電流；UH表示 存在磁場時的霍耳電壓；U?表示在零磁場下的霍耳電壓。IS 的作用是改變電流大小和方向，IM的作用是改變磁場的大 小及方向。篇三：北京大學物理實驗報告：霍爾效應測量磁場霍爾效應測量磁場【實驗目的】了解霍爾效應的基本原理 學習用霍爾效應測量磁場【儀器用具】儀器名 參數(shù) 電阻箱？霍爾元件？導線？SXG-1B毫特斯拉儀土 PF66B型數(shù)字多用表200 mV檔土 DH1718D-2型雙路跟蹤穩(wěn)壓穩(wěn)流電源032V 0

10、2AFluke 15B數(shù)字萬用表電流檔土 Victor VC9806+數(shù)字萬 用表200mA檔土【實驗原理】霍爾效應法測量磁場原理若將通有電流的導體至于磁場B之中，磁場B垂直于電 流IS的方向，如圖1所示則在導體中垂直于B和IS方向?qū)?出現(xiàn)一個橫向電位差UH，這個現(xiàn)象稱之為霍爾效應。圖1霍爾效應示意圖若在x方向通以電流IS，在z方向加磁場B，則在y方 向A、A兩側(cè)就開始聚積異號電荷而產(chǎn)生相應的附加電場. 當載流子所受的橫向電場力FE洛倫茲力FB相等時：? ?x?=此時電荷在樣品中不再偏轉(zhuǎn)，霍爾電勢差就有這個電場 建立起來。N型樣品和P型樣品中建立起的電場相反，如 圖1所示，所以霍爾電勢差有不同

11、的符號，由此可以判斷霍 爾元件的導電類型。設P型樣品的載流子濃度為p，寬度為w，厚度為的d。通過樣品電流IS=pqvwd，則空穴速率v=IS/pqwd，有U?=?其中RH=1/pq稱為霍爾系數(shù)，KH=RH/d=1/pqd稱為霍爾 元件靈敏度?；魻栐母毙捌湎椒ㄔ趯嶋H測量過程中，會伴隨一些熱磁副效應，這些熱磁 效應有：埃廷斯豪森效應：由于霍爾片兩端的溫度差形成 的溫差電動勢UE能斯特效應：熱流通過霍爾片在其端會產(chǎn) 生電動勢UN里吉一勒迪克效應：熱流通過霍爾片時兩側(cè)會有溫度差 產(chǎn)生，從而又產(chǎn)生溫差電動勢UR除此之外還有由于電極不在同一等勢面上引起的不等位 電勢差U0為了消除副效應，在操作

12、時我們需要分別改變IH和B的 方向，記錄4組電勢差的數(shù)據(jù)當IH正向，B正向時：?1=+?0+當IH 負向，B 正向時：？?2=0?+?+?當 IH 負向，B負向時：?3=0+當IH正向，B負向時：?4=+?0取平均值有1測量電路?12+?34 =?+?-?測量電路圖2霍爾效應測量磁場電路圖霍爾效應的實驗電路圖如圖所示。IM是勵磁電流，由直 流穩(wěn)流電源E1提供電流，用數(shù)字萬用表安培檔測量IM。IS 是霍爾電流，由直流穩(wěn)壓電源E2提供電流，用數(shù)字萬用表 毫安檔測量IS，為了保證IS的穩(wěn)定，電路中加入電阻箱R 進行微調(diào)。UH是要測的霍爾電壓，接入高精度的數(shù)字多用 表進行測量。根據(jù)原理的說明，在實驗中

13、需要消除副效應。實際操作 中，依次將IS、IM的開關(guān)K1、K2置于、狀態(tài)并記錄Ui 即可，其中+表示正向接入，？表示反向接入?！緦嶒瀮?nèi)容】1.測量霍爾電流IS和霍爾電壓UH的關(guān)系將霍爾片置于電磁鐵靠近中心處（便于稍后測量磁 場）調(diào)節(jié) IM=0.598 A，調(diào)節(jié) R 及 E2 使得 IS=2 4 6 8 10 mA，測量并記錄霍爾電壓UH，每次消除副效應更換輸入端口，重復1.2的操作1.4.作出UH-IS圖， 驗證其線性關(guān)系2.測量KH保持 IS=10 mA IM=0.1 A調(diào)節(jié)IM使其從0.11.0A每間隔0.1A分別測量并記 錄磁場強度B和霍爾電壓UH。每次測量旋轉(zhuǎn)探頭使得讀數(shù)最大，以保證探頭霍 爾片垂直于磁場2.3.根據(jù)原理中給出的線性擬合得到KH2.4.由得到的KH，根據(jù)在不同IM時測得的UH計算B， 作出B-IM曲線3.測量磁場的水平分布3.1.保持IM =0.6 A IS=10 mA讀取并記錄支架水平標尺讀數(shù)x和霍爾電壓UH旋轉(zhuǎn)旋鈕，使