实 验 报 告学生姓名: 学 号: 指导老师: 实验地点: 实验时间:一、实验室名称:霍尔效应实验室 二、 实验项目名称:霍尔效应法测磁场三、实验学时: 四、实验原理:(一)霍耳效应现象将一块半导体(或金属)薄片放在磁感应强度为 B 得磁场中,并让薄片平面与磁场方向(如 Y 方向)垂直
如在薄片得横向(X 方向)加一电流强度为得电流,那么在与磁场方向与电流方向垂直得 Z 方向将产生一电动势
如图 1 所示,这种现象称为霍耳效应,称为霍耳电压
霍耳发现,霍耳电压与电流强度与磁感应强度 B 成正比,与磁场方向薄片得厚度 d 反比,即 (1)式中,比例系数 R 称为霍耳系数,对同一材料 R 为一常数
因成品霍耳元件(根据霍耳效应制成得器件)得 d 也就是一常数,故常用另一常数 K 来表示,有 (2)式中,K 称为霍耳元件得灵敏度,它就是一个重要参数,表示该元件在单位磁感应强度与单位电流作用下霍耳电压得大小
假如霍耳元件得灵敏度 K 知道(一般由实验室给出),再测出电流与霍耳电压,就可根据式 (3)算出磁感应强度 B
图 1 霍耳效应示意图 图 2 霍耳效应解释(二)霍耳效应得解释现讨论一个长度为 l、宽度为 b、厚度为 d 得 N 型半导体制成得霍耳元件
当沿 X 方向通以电流后,载流子(对 N 型半导体就是电子)e 将以平均速度 v 沿与电流方向相反得方向运动,在磁感应强度为 B 得磁场中,电子将受到洛仑兹力得作用,其大小为方向沿 Z 方向
在得作用下,电荷将在元件沿 Z 方向得两端面堆积形成电场(见图 2),它会对载流子产生一静电力,其大小为方向与洛仑兹力相反,即它就是阻止电荷继续堆积得
当与达到静态平衡后,有,即,于就是电荷堆积得两端面(Z 方向)得电势差为 (4)通过得电流可表示为式中 n 就是电子浓度,得 (5)将式(5)代人式(4)可得可改写为该式与式(1)与式(2)
