霍爾效應試驗及其應用

1、霍爾效應試驗及其應用 土木一班 林曉 080105128摘要：霍爾效應是磁電效應的一種，這一現(xiàn)象是霍爾（A.H.Hall，18551938）于1879年在研究金屬的導電機構時發(fā)現(xiàn)的。后來發(fā)現(xiàn)半導體、導電流體等也有這種效應，而半導體的霍爾效應比金屬強得多，利用這現(xiàn)象制成的各種霍爾元件，廣泛地應用于工業(yè)自動化技術、檢測技術及信息處理等方面?；魻栃茄芯堪雽w材料性能的基本方法。通過霍爾效應實驗測定的霍爾系數(shù)，能夠判斷半導體材料的導電類型、載流子濃度及載流子遷移率等重要參數(shù)。流體中的霍爾效應是研究“磁流體發(fā)電”的理論基礎。本次實驗通過對HLIV型霍爾效應實驗儀的操控，根據(jù)實驗圖將霍爾效應測試儀的三

2、對接線柱分別與霍爾效應實驗儀的三對相應接線端連，將霍爾片移至氣隙大致中央處，調(diào)節(jié)“調(diào)節(jié)”、“調(diào)節(jié)” 旋鈕、“，在（，）、（，）、（，）、（，）四種測量條件下，分別測出、，計算出值，利用式計算出各B值，求其平均值并計算計算靈敏度及載流子濃度n關鍵詞：霍爾系數(shù) 霍爾電壓 載流子濃度 霍爾電位差，Hall-effect experiment and its applicationAbstract: Hall effect is a magnetic-electric effect, this phenomenon is the Hall (AHHall ,1855-1938) in 1879, th

3、e study of metal conductive body when found. Later discovered that semiconductors, conductive fluid, also have this effect, while the semiconductor Hall-effect much stronger than metal, the use of this phenomenon made from a variety of Hall element, widely used in industrial automation technology, d

4、etection technology and information processing, etc. aspects. Hall-effect is to study the properties of semiconductor materials, the basic method. Experimental Determination of Hall-effect through the Hall coefficient,Able to judge the conductivity type of semiconductor materials, carrier concentrat

5、ion and carrier mobility, and other important parameters. Fluid is to study the Hall effect, "MHD power generation" in theoretical basis. This experiment by HL-IV-based Hall-effect experiment instrument manipulation, according to the experimental plan will be Hall effect tester separately

6、with three pairs of terminal Hall-effect experimental instrument with three pairs of corresponding terminals, the Hall film general of the Central Office moved to air-gap, adjust "tune", "tune" knob, "in the (+ B, + I), (+ B,-I), (-B,-I), (-B, + I) four kinds of MeasurementC

7、onditions were detected, calculated values, calculated using the B-type value, and calculate the average demand calculation of its sensitivity and the carrier concentration nKeywords: Hall coefficient Hall voltage Carrier concentration Hall Potential Difference1.引言：霍爾效應從本質上講是運動的帶電粒子在磁場中受洛輪磁力的作用而硬氣的偏

8、轉，當帶電粒子（電子或空穴）被約束在固體材料當中，這種偏轉就導致在垂直電流和磁場的方向上產(chǎn)生正負電荷在不同側的聚積，從而形成附加的橫向電場.所謂霍爾效應，是指磁場作用于載流金屬導體、半導體中的載流子時，產(chǎn)生橫向電位差的物理現(xiàn)象。金屬的霍爾效應是1879年被美國物理學家霍爾發(fā)現(xiàn)的。當電流通過金屬箔片時，若在垂直于電流的方向施加磁場，則金屬箔片兩側面會出現(xiàn)橫向電位差。半導體中的霍爾效應比金屬箔片中更為明顯，而鐵磁金屬在居里溫度以下將呈現(xiàn)極強的霍爾效應。根據(jù)霍爾效應，人們用半導體材料制成霍爾元件，它具有對磁場敏感、結構簡單、體積小、頻率響應寬、 輸出電壓變化大和使用壽命長等優(yōu)點，因此，在測量、自動化

9、、計算機和信息技術等領域得到廣泛的應用。而實驗中需要以下步驟：11實驗過程將一塊半導體或導體材料，沿Z方向加以磁場，沿X方向通以工作電流I，則在Y方向產(chǎn)生出電動勢，如圖1所示，這現(xiàn)象稱為霍爾效應。稱為霍爾電壓。實驗表明，在磁場不太強時，電位差與電流強度I和磁感應強度B成正比，與板的厚度d成反比，即 (1)或 (2)式（1）中稱為霍爾系數(shù)，式（2）中稱為霍爾元件的靈敏度，單位為mv / (mA·T)。產(chǎn)生霍爾效應的原因是形成電流的作定向運動的帶電粒子即載流子（N型半導體中的載流子是帶負電荷的電子，P型半導體中的載流子是帶正電荷的空穴）在磁場中所受到的洛侖茲力作用而產(chǎn)生的。 如圖1（a）

10、所示，一快長為l、寬為b、厚為d的N型單晶薄片，置于沿Z軸方向的磁場中，在X軸方向通以電流I，則其中的載流子電子所受到的洛侖茲力為 (3)  式中為電子的漂移運動速度，其方向沿X軸的負方向。e為電子的電荷量。指向Y軸的負方向。自由電子受力偏轉的結果，向A側面積聚，同時在B側面上出現(xiàn)同數(shù)量的正電荷，在兩側面間形成一個沿Y軸負方向上的橫向電場（即霍爾電場），使運動電子受到一個沿Y軸正方向的電場力，A、B面之間的電位差為（即霍爾電壓），則 (4)將阻礙電荷的積聚，最后達穩(wěn)定狀態(tài)時有 即 得 (5)此時B端電位高于A端電位。若N型單晶中的電子濃度為n，則流過樣片橫截面的電流 I=nebdV得 (6)將(6)式代入(5)式得 (7)式中稱為霍爾系數(shù)，它表示材料產(chǎn)生霍爾效應的本領大?。桓咚褂嬀褪抢没魻栃獊頊y定磁感應強度B值的儀器。它是選定霍爾元件，即已確定，保持控制電流I不變，則霍爾電壓與被測磁感應強度B成正比。如按照霍爾電壓的大小，預先在儀器面板上標定出高斯刻度，則使用時由指針示值就可直接讀出磁感應強度B值。1.2實驗原理圖：2.結論：如今隨著科學技術的發(fā)展,霍爾效應的應用和擴展越來越廣泛，利用霍爾系數(shù)和電導率