（科大奧銳實(shí)驗(yàn)平臺）霍爾元件實(shí)驗(yàn)報(bào)告（實(shí)驗(yàn)滿分內(nèi)含實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)截圖）

1、（科大奧銳實(shí)驗(yàn)平臺）霍爾元件實(shí)驗(yàn)報(bào)告（實(shí)驗(yàn)滿分內(nèi)含實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)截圖） 學(xué)生姓名 XXX 學(xué) 號 XXX 成績 系（院）別 電氣與機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè) 電氣及其自動化 班級 XXX 課程名稱 大學(xué)物理 實(shí)驗(yàn)日期 2020 年 5 月 1 1 日 組 別 合作者 實(shí) 驗(yàn) 室 物理仿真實(shí)驗(yàn)平臺 實(shí)驗(yàn)臺號 指導(dǎo)教師 XXX 實(shí)驗(yàn)名稱霍爾效應(yīng)測量磁場 實(shí)【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?1. 了解霍耳效應(yīng)的物理圖像及其副效應(yīng)產(chǎn)生原理。 2. 學(xué)習(xí)利用對稱測量消除副效應(yīng)的測量磁場方法 3. 學(xué)習(xí)用 “ 對稱測量法 ” 消除付效應(yīng)影響。 4 4 。 根據(jù)霍爾電壓判斷霍爾元件載流子類型，計(jì)算載 流子的濃度和遷移速度 。 1. 【儀器

2、設(shè)備】模擬平臺上的霍爾效應(yīng)測量儀。下圖為實(shí)際圖樣： 【實(shí)驗(yàn)原理】 1 1 、通過霍爾效應(yīng)測量磁場 霍爾效應(yīng)裝置如圖所示。將一個(gè)半導(dǎo)體薄片放在垂直于它的磁場中 (B 的方向沿 z 軸方向 ) ) ，當(dāng)沿 y 方向的電極 A 、 、 A 上 施加電流 I 時(shí)，薄片內(nèi)定向移動的載流子( ( 設(shè)平均速率為 v ) 受到洛倫茲力 FB 的作用 ： FB = = qvB ； (1) 無論載流子是負(fù)電荷還是正電荷， FB 的方向均沿著 x 方向，在磁力的作用下，載流子發(fā)生偏移，產(chǎn)生電荷積累， 從而在薄片 B B 、 B 兩側(cè)產(chǎn)生一個(gè)電位差 VH , 形成一個(gè)電場 E E 。電場使載流子又受到一個(gè)與 FB 方

3、向相反的電場力 FE = = qVFqEb (2) 其中 b 為薄片寬度， FE 隨著電荷累積而增大，當(dāng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí) E FE 即 即 qVH = = qvBb (3) 這時(shí)在 B B 、 B 兩側(cè)建立的電場稱為霍爾電場，相應(yīng)的 電壓 VH 稱為霍爾電壓，電極 B B 、 B 稱為霍爾電極。另一方面，射載流子濃度為 n, 薄片厚度為 d d ，則電流強(qiáng)度 Im 與 v 的關(guān)系為： I m = = bdnqv 。 R 稱為霍爾系數(shù)，它體現(xiàn)了材料的霍爾效應(yīng)大小。根據(jù)霍爾效應(yīng)制作的元件稱為霍爾元件。 I m 稱為控制電流 。 若 I m 、 K H 已知，只要測出霍爾電壓 VH ，即可算出磁場 B

4、 的大?。徊⑶胰糁d流子類型 (n 型半導(dǎo)體多數(shù)載流子為電子 ， P 型半導(dǎo)體多數(shù)載流子為空穴 ), 則由 VH 的 正負(fù)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。 2 2 、霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中的付效應(yīng) ： 在實(shí)際應(yīng)用中， 伴隨霍爾效應(yīng)經(jīng)常存在其他效應(yīng)。例如實(shí)際中載流子遷移速率 u ， 服從統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律， 速度小的載流子受到的洛倫茲力小于霍爾電場作用力， 向霍爾電場作用力方向偏轉(zhuǎn)，速度大的載流子受到磁場作用力大于霍爾電場作用力，向洛倫茲力方向偏轉(zhuǎn)。這樣使得一側(cè)告訴載流子較多，相當(dāng)于溫度較高，而另一側(cè)低速載流子較多，相當(dāng)于溫度較低。這種橫向溫差就是溫差電動勢 VE ，這種現(xiàn)象稱為愛

5、延豪森效應(yīng)。 這種效應(yīng)建立需要一定時(shí)間，如果采用直流電測量時(shí)會因此而給霍爾電壓測量帶來誤差， ， 如果采用交流電， 則由于交流變化快使得愛延豪森效應(yīng)來不及建立， 平頂山學(xué)院電氣與機(jī)械工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)報(bào)告 可以減小測量誤差。 此外，在使用霍爾元件時(shí)還存在不等位電動勢引起的誤差，這是因?yàn)榛魻栯姌O B、B不可能絕對對稱焊在霍爾片兩側(cè)產(chǎn)生的。由于目前生產(chǎn)工藝水平較高，不等位電動勢很小，故一般可以忽略，也可以用一個(gè)電位器加以平衡(圖-1 中電位器 R 1 )。我們可以通過改變 I S 和磁場 B 的方向消除大多數(shù)副效應(yīng)。具體說在規(guī)定電流和磁場正反方向后，分別測量下列四組不同方向的 I S 和 B 組合的 V

6、 BB ,即 B， +I V BB =V 1 -B， +I V BB =-V 2 -B， -I V BB =V 3 B， -I V BB =-V 4 【實(shí)驗(yàn)過程】 一、驗(yàn)證霍爾電壓 VH 與工作電流 Im 、霍爾電壓 VH 與磁場 B B （ B n I M B0I M ）即與 I M 的關(guān)系。 1 1 、將測試儀上 I M 輸出， I m 輸出和 VH 輸入三對接線柱分別與實(shí)驗(yàn)臺上對應(yīng)接線柱連接。打開測試儀電源開關(guān)，預(yù)熱數(shù)分鐘后開始實(shí)驗(yàn)。 【數(shù)據(jù)處理】 如圖，繪制出圖線圖形，根據(jù)圖形寫出表達(dá)式： 【結(jié)果分析】 1 1 、霍耳元件質(zhì)脆、引線易斷，實(shí)驗(yàn)時(shí)要注意不要碰觸或振動霍耳元件。 2 2 、

7、霍耳元件的工作電流 IH 有一額定值， 超過額定值后會因發(fā)熱而燒毀 ， 實(shí)驗(yàn)時(shí)要注意實(shí)驗(yàn)室給出的額定值，一定不要超過。 3 3 、螺線管勵磁電流有一額定值，為避免過熱和節(jié)約用電，在不測量時(shí)應(yīng)立即斷開電源。 4 4 、消除負(fù)效應(yīng)的影響要注意 V1 、 V2 、 V3 、 V4 的方向定義 。 5 5 、在所得的數(shù)據(jù)結(jié)果中，發(fā)現(xiàn)每項(xiàng)與理論值之間有偏差，但是總體在誤差范圍之內(nèi)，試驗(yàn)成功！ 【問題討論】 1. 若磁場不恰好與霍爾元件片的法線一致，對測量 結(jié)果有何影響， 如何用實(shí)驗(yàn)方法判斷 B B 與元件法線是否一致？ 答： 磁感線與霍爾元件發(fā)現(xiàn)不一致 i bai 說明磁感線與霍爾元件不垂u du 直，i zhi 這樣在測量元件電位差時(shí)會導(dǎo)致測量值不是最大