大學(xué)物理實驗報告系列之霍爾效應(yīng)大物霍爾效應(yīng)實驗報告

1、大學(xué)物理實驗報告(2)(3)(4)【實驗名稱】霍爾效應(yīng)【實驗?zāi)康摹苛私饣魻栃?yīng)實驗原理以及有關(guān)霍爾器件對材料要求的知識。學(xué)習(xí)用“對稱測量法”消除付效應(yīng)的影響，測量試樣的VHIS；和VHIM曲線。確定試樣的導(dǎo)電類型、載流子濃度以及遷移率。【實驗儀器】霍爾效應(yīng)實驗儀【實驗原理】霍爾效應(yīng)從本質(zhì)上講是運動的帶電粒子在磁場中受洛侖茲力作用而引起的偏轉(zhuǎn)。當(dāng)帶電粒子(電子或空穴)被約束在固體材料中，這種偏轉(zhuǎn)就導(dǎo)致在垂直電流和磁場的方向上產(chǎn)生正負電荷的聚積，從而形成附加的橫向電場，即霍爾電場。對于圖1(a)所示的N型半導(dǎo)體試樣，若在X方向通以電流1s，在Z方向加磁場B，試樣中載流子(電子)將受洛侖茲力FB=e

2、vB(1)則在Y方向即試樣A、A電極兩側(cè)就開始聚積異號電荷而產(chǎn)生相應(yīng)的附加電場一霍爾電場。電場的指向取決于試樣的導(dǎo)電類型。對N型試樣，霍爾電場逆Y方向，P型試樣則沿Y方向，有：Is(X)、B(Z)Eh(Y)0(P型)顯然，該電場是阻止載流子繼續(xù)向側(cè)面偏移，當(dāng)載流子所受的橫向電場力eEH與洛侖茲力eVB相等時，樣品兩側(cè)電荷的積累就達到平衡，故有eEevBH=其中E為霍爾電場，v是載流子在電流方向上的平均漂移速度。H設(shè)試樣的寬為b，厚度為d，載流子濃度為n，則Is=nevbd由(2)、(3)兩式可得1IBIBV=Eb=s=RsHHnedHd即霍爾電壓V(A、A電極之間的電壓)與IsB乘積成正比與試

3、樣厚度成反比。H比例系數(shù)R=1稱為霍爾系數(shù)，它是反映材料霍爾效應(yīng)強弱的重要參數(shù)，HneVdR=VHd108HIsB1、由Rh的符號（或霍爾電壓的正、負）判斷樣品的導(dǎo)電類型判斷的方法是按圖一所示的Is和B的方向，若測得的VH=%觸f0，（即點A的電位低于點A的電位）則Rh為負，樣品屬N型，反之則為P型。2、由Rh求載流子濃度n即n=厶。應(yīng)該指出，這個關(guān)系式是假定所有的載流子都具有相同的漂移Re1H1速度得到的，嚴格一點，考慮載流子的速度統(tǒng)計分布，需引入3,的修正因子（可參8閱黃昆、謝希德著半導(dǎo)體物理學(xué)）。3、結(jié)合電導(dǎo)率的測量，求載流子的遷移率出電導(dǎo)率與載流子濃度n以及遷移率卩之間有如下關(guān)系:=n

4、e卩(6)即卩二|R，通過實驗測出值即可求出卩。H根據(jù)上述可知，要得到大的霍爾電壓，關(guān)鍵是要選擇霍爾系數(shù)大（即遷移率卩高、電阻率亦較高）的材料。因R|二卩,就金屬導(dǎo)體而言，卩和均很低，而不2、測繪V-1曲線。實驗儀及測試儀各開關(guān)位置同上。保持I值不變TOC o 1-5 h zHMS（I=3.00mA），測繪V-1曲線，SHM3、測量V值將“V、V”切換開關(guān)投向V狽9,測試儀的“功能切換”置V。在零磁場下,H取I=2.00mA，測量V。S注意：/取值不要過大，以免V太大，毫伏表超量程（此時首數(shù)碼顯示為1,后s三位數(shù)碼熄滅）。4、確定樣品的導(dǎo)電類型將實驗儀三組雙刀開關(guān)均投向上方，即/s沿X方向，B

5、沿Z方向，毫伏表測量電壓為，。取Is=2mA,/M=0.6A，測量VH大小及極性，判斷樣品導(dǎo)電類型。5、求樣品的Rh、n、和卩值。【數(shù)據(jù)表格與數(shù)據(jù)記錄】良導(dǎo)體雖高，但卩極小,K=丄Hned(7)來表示器件的靈敏度，K稱為霍爾靈敏度H【實驗內(nèi)容】1、測繪V-1曲線。將實驗儀的“V、V”切換開關(guān)投向V狽9，測試儀的“功sH能切換”置V。保持I值不變（取I=0.6A），測繪V-I曲線，HMMHsI(mA)SV(mv)iV(mv)2V(mv)3V(mv)4VV+VV/Vi234(mR4+I.+BS+I.BSI.+BSI.BS1.004.094.024.024.110.041.506.156.036.0

6、66.180.062.008.218.38.048.200.0852.5010.2510.0610.0410.270.1053.0012.3312.0512.0512.290.1304.0016.3916.0716.0916.410.160番列V，167.1mvd，0.5mmoB，3.64KGS/A，0.364TVd由公式R，H108HIBS由公式n,0.040.510-4136401_1Re0.05491.610-19HIl32由公式o,S,VS167.150.510-3o108二0.0549cm3/c，8.810-17，143.63西門子/米I(mA)MV(mv)1V(mv)2V(mv)3

7、V(mv)4VHVV+VV，12344由公式，Ro=0.0549143.63=7.89(mv)H+I.+BS+1.BSI.+BSI.BS【小結(jié)與討論】(1)了解了霍爾效應(yīng)實驗原理以及有關(guān)霍爾器件丟材料的要求的知識，了解到一些物0.3004.184.023.954.180.0975理量比如說霍爾系數(shù)，遷移率，電導(dǎo)率霍爾靈敏度等0.4005.525.375.305.490.085(2)如何判別霍爾兀件的載流子類型？0.5006.846.686.676.840.0825討論知道電流方向定，載流子的受力方向就定，載流子會在受力方向積累，0.6008.198.048.038.210.0825然后觀測其正負。0.7009.55