霍尔效应实验报告VIP专享VIP免费

霍尔效应及其应用实验报告【摘要】本实验通过了解霍尔原理及霍尔元器件的使用测绘V-1和V-1的图像并HSHM测量霍尔系数、电导率。试验在测量过程中，由于各种副效应会引起各种误差。在此做以分析和修正，采用V对称测量法以消除副效应。经过修正后的实验，更H大程度地降低了实验误差，使K的测量更加接近真实值。【关键词】霍尔片载流子密度霍尔系数霍尔电压mathematica【引言】霍尔效应是霍尔于1879年发现的，这一效应在科学实验和工程技术中有着广泛的应用。霍尔系数的准确测量在应用中有着十分重要的意义。由于霍尔系数在测量过程中伴随着各种副效应，使得霍尔系数在测量过程中变得比较困难。因此我们在测量过程中采取了“对称测量法”消除副效应。【正文】一、实验原理1霍尔效应：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作用而引起的偏转。当带电粒子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的聚积，从而形成附加的横向电场，即霍尔电场。图（1、a）所示的N型半导体试样，若在X方向的电极D、E上通以电流Is，在Z方向加磁场B，试样中载流子将受洛仑兹力：F=evB①g其中e为载流子电量，为载流子在电流方向上的平均定向漂移速率，B为磁感应强度。无论载流子是正电荷还是负电荷，Fg的方向均沿丫方向，在此力的作用下，载流子发生便移，则在丫方向即试样A、A'电极两侧就开始聚积异号电荷而在试样A、A'两侧产生一个电位差VH,形成相应的附加电场E—霍尔电场，相应的电压VH称为霍尔电压，电极A、A'称为霍尔电极。eVBeVB2.1.由RH的符号（或霍尔电压的正、负）判断试样的导电类型。判断的方法是按图（1）所示的Is和B的方向，若测得的W<0（即点A的电位低于点A'的电位）则RH为负，样品属N型，反之则为P型。2.2由只”求载流子浓度n由比例系数R=丄得n二亠,。Hne|ke2.3结合电导率的测量，求载流子的迁移率山电导率o与载流子浓度n以及迁移HLD-VH电压书示Irn电硫指不调恋+口电疣输出二口调节+Ln电疣输出；Im调率U之间有如下关系：o二nep由比例系数R=丄得，"二|RH|O，通过实验测出。值即可求出p。Hne根据上述可知，要得到大的霍尔电压，关键是要选择霍尔系数大的材料。因|RH|=pp,就金属导体而言，p和P均很低，而不良导体P虽高，但p极小，因而上述两种材料的霍尔系数都很小，不能用来制造霍尔器件。半导体p高，P适中，是制造霍尔器件较理想的材料，由于电子的迁移率比空穴的迁移率大，所以霍尔器件都采用N型材料，其次霍尔电压的大小与材料的厚度成反比，因此薄膜型的霍尔器件的输出电压较片状要高得多。就霍尔元件而言，其厚度是一定的，所以实用上采用来表示霍尔元件的灵敏度，KH称为霍尔元件灵敏度，单位为mV/(mAT)或mV/(mAKGS)3霍尔电压测量：在产生霍尔效应的同时，因伴随着多种副效应，以致实验测得的A、A两电极之间的电压并不等于真实的VH值，而是包含着各种副效应引起的附加电压，因此必须设法消除。：具体的做法是Is和B(即lM)的大小不变，并在设定电流和磁场的正、反方向后，依次测量由下列四组不同方向的Is和B组合的A、A'两点之间的电压V「V2、V3、和V4,然后求上述四组数据V「V2、V3和V4的代数平均值，可得：’rV-V+V-V⑩V=—1234二、实验内容与步骤:翟尔效应实脸仪电源+VH电压(1)连接测试仪和试验仪之间相应的IS,V和Im各组连接，Is及Im换向H开关投向上方测Vh，换向下方测Vo。(2)将试验仪的“Vh、Vo”切换开关投向Vh侧，测试仪的“功能切换”也置于“Vh”侧，保持Im不变(取Im二0.6A)调节测试仪上的“Is调节”旋钮，使Is分别取不同的值，1s每取一值，调节测试仪的Is和Im换向开关依次+ls.+B;+ls.-B;-ls.-B;-ls.+B.然后分别记下V1V2V3V4的值，填入表格1中。(3)将试验仪的“Vh、Vo”切换开关投向V侧，测试仪的“功能切换”也置于“V”侧,保持I不变(取I二3.0mA)调节测试仪上的“I调节”旋钮，使I分别aSSMM取不同的值，I每取一值，调节测试仪的Is和Im换向开关依次M+ls.+B;+ls.-B;-ls.-B;-ls.+B.然后分别记下V1V2V3V4的值，填入表格2中。(4)测量电导率填于表三中。(5)关闭电源，整理仪器，将仪器置于原位。三、数据记录：1测绘VH—Is曲线调节IM=0.6A,...