大学物理仿真实验——霍尔效应

仿真实验------ 霍尔效应 实验人：代梦妮 一、实验目的： （1）霍尔效应原理及霍尔元件有关参数的含义和作用 （2）测绘霍尔元件的VH—Is，VH—IM曲线，了解霍尔电势差 VH与霍尔元件工作电流 Is，磁场应强度 B 及励磁电流 IM之间的关系。 （3）学习利用霍尔效应测量磁感应强度 B 及磁场分布。 （4）学习用“对称交换测量法”消除负效应产生的系统误差。 二、实验原理 霍尔效应从本质上讲，是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力的作用而引起的偏转。当带电粒子（电子或空穴）被约束在固体材料中，这种偏转就导致在垂直电流和磁场的方向上产生正负电荷在不同侧的聚积，从而形成附加的横向电场。如下图(1)所示，磁场 B位于Z 的正向，与之垂直的半导体薄片上沿X 正向通以电流 Is（称为工作电流），假设载流子为电子（N 型半导体材料），它沿着与电流 Is 相反的X 负向运动。由于洛仑兹力 f L作用，电子即向图中虚线箭头所指 的位于y 轴 负方向的B 侧偏转，并 使 B 侧形成电子积累 ，而相对的A 侧形成正电荷积累 。与此 同时 运动的电子还 受到 由于两 种积累 的异 种电荷形成的反向电场力 f E的作用。随 着电荷积累 的增 加，f E增 大 ，当两 力大 小 相等 （方向相反）时 ， f L=－ f E，则 电子积累 便 达 到 动态 平 衡 。这时 在 A、B 两 端 面 之间建 立 的电场称为霍尔电场 EH，相应的电势差称为霍尔电势 VH 。设电子按 平 均 速 度V ，向图示的X 负方向运动，在磁场 B 作用下，所受洛仑兹力为： f L=－ eV B 式 中：e 为电子电量，V 为电子漂 移 平 均 速 度，B 为磁感应强度。 同时 ，电场作用于电子的力为： f EHHeVeEl 图(1) 霍尔效应原理 式中：EH为霍尔电场强度，VH为霍尔电势，l 为霍尔元件宽度 当达到动态平衡时: f L=－f E V B=VH/l (1) 设霍尔元件宽度为l ，厚度为d ，载流子浓度为 n ，则霍尔元件的工作电流为 ldVneIs  (2) 由(1)、(2)两式可得： dIsBRdIsBnelEVHHH1 (3) 即霍尔电压 VH (A、B 间电压)与 Is、B 的乘积成正比，与霍尔元件的厚度成反比，比例系数)/(1neRH 称为霍尔系数，它是反映材料霍尔效应强弱的重要参数，只要测出HV（伏），以及sI （安），B （高斯）和d （厘米）可按下式计算HR （厘米 3/库仑）。实验计算时，采用以下公式： 81 0BIdVRsHH (...