霍尔效应试验仪原理及其应用VIP专享

一、实验名称：霍尔效应原理及其应用二、实验目的：1、了解霍尔效应产生原理；2、测量霍尔元件的HsVI 、HmVI曲线，了解霍尔电压HV 与霍尔元件工作电流sI 、直螺线管的励磁电流mI间的关系；3、学习用霍尔元件测量磁感应强度的原理和方法，测量长直螺旋管轴向磁感应强度B 及分布；4、学习用对称交换测量法（异号法）消除负效应产生的系统误差。三、仪器用具：YX-04 型霍尔效应实验仪（仪器资产编号 ）四、实验原理：1、霍尔效应现象及物理解释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Bf 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于电流和磁场的方向上产生正负电荷的聚积，从而形成附加的横向电场。对于图１所示。半导体样品，若在ｘ方向通以电流sI ，在ｚ方向加磁场Bur，则在ｙ方向即样品Ａ、Ａ′ 电极两侧就开始聚积异号电荷而产生相应的电场HE，电场的指向取决于样品的导电类型。显然，当载流子所受的横向电场力EBff 时电荷不断聚积， 电场不断加强， 直到EBff 样品两侧电荷的积累就达到平衡，即样品Ａ、Ａ′ 间形成了稳定的电势差（霍尔电压）HV。设HE为霍尔电场， v 是载流子在电流方向上的平均漂移速度；样品的宽度为 b ，厚度为 d ，载流子浓度为n ，则有：sInevbd（1－1）因为EHfeE ，BfevB，又根据EBff ，则1ssHHHI BI BVEbRnedd（1－2）其中1/()HRne 称为霍尔系数，是反映材料霍尔效应强弱的重要参数。只要测出HV、 B以及知道sI 和 d ，可按下式计算3(/)HRmc ：HHsVdRIB（ 1－3）BIUKSHH/（ 1—4）HK为霍尔元件灵敏度。根据ＲH 可进一步确定以下参数。（１） 由HV的符号 （霍尔电压的正负）判断样品的导电类型。判别的方法是按图１所示的sI 和 B 的方向（即测量中的＋sI ，＋ B ），若测得的HV ＜０（即Ａ′ 的电位低于Ａ的电位），则样品属Ｎ型，反之为Ｐ型。（２）由HV求载流子浓度n ，即1/()HnK ed 。应该指出，这个关系式是假定所有载流子都具有相同的漂移速度得到的。严格一点，考虑载流子的速度统计分布，需引入3 /8 的修正因子（可参阅黄昆、谢希德著《半导体物理学》）。（３） 结合电导率的测量，求载流子的迁移率。电导率与载流子浓度n 以及迁移率之间有如下关系：ne（1－5）2、霍尔效应中的副效应及其消除方法上述推导是从理想情况出发的，实际情况要复杂得多。 产生上述霍尔效应的同时还伴随产生四种副效应，...