物理實(shí)驗(yàn)1 霍爾效應(yīng)原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求了解產(chǎn)生霍爾效應(yīng)的物理過(guò)程及其測(cè)量磁場(chǎng)的原理和方法；驗(yàn)證霍爾電流與霍爾電壓的線性關(guān)系；測(cè)定勵(lì)磁電流與霍爾電壓線性關(guān)系的范圍.二、實(shí)驗(yàn)儀器和用具LH-A型霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀器一臺(tái)、HF-CF型測(cè)試儀一臺(tái)、導(dǎo)線若干.三、實(shí)驗(yàn)原理及內(nèi)容和方法實(shí)驗(yàn)原理：霍爾效應(yīng)從本質(zhì)上講是運(yùn)動(dòng)的帶電粒子在磁場(chǎng)中受洛倫磁力的作用 引起的偏轉(zhuǎn)。將半導(dǎo)體置于圖1所示的電場(chǎng)中。半導(dǎo)體長(zhǎng)度為/,寬度為 人，厚度為d，外磁場(chǎng)B沿z軸方向，若半導(dǎo)體中通有電流I，沿x軸方 向，垂直于B ,則現(xiàn)在B和I方向，即沿y方向，出現(xiàn)一個(gè)橫向電位差， 這一現(xiàn)象稱(chēng)霍爾效應(yīng)，其橫向電壓 稱(chēng)霍爾電壓.氣設(shè)有橫向均勻磁場(chǎng)B

2、作用在一束以速度為5的電子流上，運(yùn)動(dòng)電荷受 到洛倫磁力為： f = -e(v x B).(1)其方向沿y軸負(fù)方向，造成電子流發(fā)生偏轉(zhuǎn)，被推向半導(dǎo)體的下側(cè)(M 面)，在M上形成負(fù)電荷積累，而相對(duì)上側(cè)(N面)形成正電荷積累，使 虬N面之間建立了電場(chǎng)E，其方向沿y軸方向，兩側(cè)的霍爾電壓 U = E b ；H電子在霍爾電場(chǎng)Eh中受到一個(gè)靜電場(chǎng)力:f =eEEH(2)沿y軸正方向，它將阻礙電子相M面積聚。隨著電荷的增加，電場(chǎng)不斷增強(qiáng)，直到fE 增強(qiáng)，直到fE BevB = eEU ehUH = vBb . (3)設(shè)半導(dǎo)體薄片中電子濃度為n，則有：七=nevbd所以霍爾電壓為：1 RU =IB = -hI

3、 B = K I B.(4)h ned s d s h s,1 ，,一 ，一 、一 一，、,式中，%=ne稱(chēng)為霍爾系數(shù)，它取決于材料的性質(zhì)，是反映材料霍爾效1應(yīng)的重要參數(shù)可以知道Rh = dXUJ(Is XB) ； Kh = n-稱(chēng)為霍爾靈敏度，它取決于材料性質(zhì)和幾何尺寸，對(duì)于霍爾片來(lái)說(shuō)是個(gè)常數(shù)，單位為mV /(mA-T).對(duì)于選定的霍爾片，保持通過(guò)它的工作電流Is值不變，霍爾電壓Uh與被測(cè)的電磁感應(yīng)強(qiáng)度B成正比：B=2.(5)2.(5)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和方法 測(cè)繪Uh -Is曲線，保持。=500.0mA不變，調(diào)節(jié)霍爾元件位置使電壓表值最大，調(diào)節(jié)I, =1.00、2.0010.0mA并依次改變勵(lì)磁電流

4、Im和霍爾電流Is的方向，將霍爾電壓記錄在表中。 測(cè)繪Uh -、曲線，保持Is = 5.0mA不變，調(diào)節(jié)霍爾元件位置使電壓 表值最大，調(diào)節(jié)Im =100、2001000mA并依次改變勵(lì)磁電流Im和霍爾電流Is的方向，將霍爾電壓記錄在表中。四、誤差來(lái)源及分析誤差來(lái)源：(1)電熱和溫差帶來(lái)的附加電壓。(2)由于霍爾片表面 不均勻，使電極位置不勻稱(chēng)，造成不等勢(shì)電壓。分析：采用換測(cè)法消除不等勢(shì)電壓。取電流和磁場(chǎng)的四種狀態(tài)分別測(cè)電壓得UU 2, U3, U 求這四個(gè)電壓絕對(duì)值的平均值即：IU1 +1U21 +1U31 +1U4 /4五、數(shù)據(jù)處理分析及結(jié)果1.測(cè)繪UH -Is曲線，保持。=500.0湖不變

5、，在表格中記錄霍爾電壓。(mA)Ui(mV)U 2(mV)U (mV)U4(mV)Uh (mV)+B, +1S+B, -1S-B, +1S-B, -1S1.009.5-9.58.78.79.12.0019.0-8.7-17.417.418.23.0028.5-28.4-26.126.127.2754.0037.9-37.834.734.833.85.0047.4-47.3-43.443.545.46.0056.9-56.8-52.052.254.4757.0066.4-66.3-60.760.863.558.0075.8-75.6-69.169.471.2259.0085.2-85.0-84.

6、978.183.310.084.8-94.6-86.586.790.65用最小二乘法可知Uh = 9.1377Is -0.5600關(guān)聯(lián)系數(shù)r = 9.13772.測(cè)繪Uh -、曲線，保持Is = 5.0mA不變，在表格中記錄霍爾電壓。I (mA)UmV)U 2(mV)U (mV)U 4(mV)Uh (mV)+B, +1S+B, -1S-B, +1S-B, -1S100.011.1-11.1-7.17.19.1200.020.1-20.0-16.216.218.125300.028.9-28.8-24.824.926.85400.038.2-38.1-34.134.236.15500.047.1-47.0-43.043.140.05600.056.7-56.6-52.652.754.65700.065.6-65.5-61.461.563.5800.074.8-74.8-70.6-70.770.725