霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)磁阻測量

1、【實(shí)驗(yàn)名稱】霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)及磁阻丈量【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?）認(rèn)識(shí)霍爾效應(yīng)的產(chǎn)生原理以及副效應(yīng)的產(chǎn)生原理；2）掌握霍爾系數(shù)的丈量方法，學(xué)習(xí)除去霍爾副效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)方法；3）研究半導(dǎo)體資料的電阻值隨磁場的變化規(guī)律?！緦?shí)驗(yàn)原理】霍爾效應(yīng)霍爾最先的實(shí)驗(yàn)是這樣的：在一塊長方形的薄金屬板兩邊的對稱點(diǎn)1和2之間接一個(gè)敏捷電流計(jì)（如圖所示），沿x軸正方向通以電流I。若在z方向不加磁場，電流計(jì)不顯示任何偏轉(zhuǎn)，這說明1和2兩點(diǎn)是等電位的。若在z方向加上磁場B，電流計(jì)指針立刻偏轉(zhuǎn)，這說明1、2兩點(diǎn)間產(chǎn)生了電位差?；魻柊l(fā)現(xiàn)這個(gè)電位差與電流強(qiáng)度I及磁感覺強(qiáng)度B均成正比，與板的厚度d成反比，即此中UH為霍爾電壓，RH為霍爾系數(shù)，HHK

2、Rd=為霍爾片的敏捷度。公式（）在當(dāng)時(shí)是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式，此刻能夠用洛侖茲力來加以說明。試考慮一塊厚度為d、寬度為b、長度為l且較長的半導(dǎo)體資料制成的霍爾片，如圖所示。設(shè)控制電流I沿x軸正向流過半導(dǎo)體，假如半導(dǎo)體內(nèi)的載流子電荷為e（正電荷，空穴型），均勻遷徙速度為v，則載流子在磁場中遇到洛侖茲力的作用，其大小為：fB=evB（）在fB的作用下，電荷將在元件的兩邊累積且形成一橫向電場E，該電場對載流子產(chǎn)生一個(gè)方向和fB相反的靜電場力fE，其大小為：fE=eE（）fE阻擋著電荷的進(jìn)一步累積，最后達(dá)到均衡狀態(tài)時(shí)有fB=f，即EevB=eE=eUH/b。于是1、2兩點(diǎn)間的電位差為：U=vbB（）H控制電流

3、I與載流子電荷e、載流子濃度n、載流子漂移速度v及霍爾片的截面積bd之間的關(guān)系為I=nevbd，則UH=IB/ned（）和（）式對比較后能夠看出，霍爾系數(shù)及霍爾片的敏捷度分別為R=1/ne（）HK=R/d（）HH若霍爾電壓UH用V為單位，霍爾片的厚度d用m為單位，電流I用A為單位，磁感覺強(qiáng)度B用T為單位，則霍爾系數(shù)的單位是m3C（米3庫侖）?！菊f明】：式（）和（）對大部分金屬是建立的，但對霍爾系數(shù)比金屬高得多的半導(dǎo)體資料來說，是不正確的。本次實(shí)驗(yàn)簡化計(jì)算，A近似為1。磁電阻效應(yīng)在必定條件下，導(dǎo)電資料的電阻值R隨磁感覺強(qiáng)度B的變化規(guī)律稱為磁電阻效應(yīng)。此中正常磁電阻的應(yīng)用十分廣泛。銻化銦傳感器是一

4、種正常磁電阻，有著十分重要的應(yīng)用價(jià)值。在正常磁電阻狀況下半導(dǎo)體內(nèi)的載流子將受洛倫茲力的作用，發(fā)生偏轉(zhuǎn)，在兩頭產(chǎn)生聚集電荷并形成霍爾電場。假如霍爾電場作用和某一速度的載流子遇到的洛倫茲力作用恰好抵消，那么小于或大干該速度的載流子將發(fā)生偏轉(zhuǎn)。所以沿外加電場方向運(yùn)動(dòng)的載流子數(shù)量將減少，電阻增大，表現(xiàn)出橫向磁電阻效應(yīng)。如圖所示，假如將A、B端短接，則霍爾電場將不存在，全部電子將向A端偏轉(zhuǎn)，也表現(xiàn)出磁電阻效應(yīng)。設(shè)磁阻器件在零磁場時(shí)電阻及電阻率分別為R(0)，(o)，磁場為B時(shí)電阻及電阻率分別為R(B)，(B)。往常以電阻率的相對改變量/(0)表示磁阻，=(B)-(0)，而R/R(0)/(0)，此中R=R

5、(B)-R(0)。理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)都證了然在磁場較弱時(shí)，一般正常磁阻器件的R/R(0)正比于B2，而強(qiáng)磁場條件下R/R(0)則為B的一次函數(shù)（如圖曲線所示）。關(guān)于實(shí)驗(yàn)所用器件，B0.06T可看作弱磁場條件，B0.12T可看作強(qiáng)磁場條件。值得注意的是，R/R(0)與電流輸入端C、D的狀態(tài)（恒流或恒壓）及A、B輸出端是短路仍是開路相關(guān)，所以實(shí)驗(yàn)結(jié)果應(yīng)注明工作條件。在實(shí)驗(yàn)中介紹C、D端恒流，A、B端短路的工作條件，因?yàn)榇藭r(shí)R/R(0)最大?！緦?shí)驗(yàn)內(nèi)容】設(shè)計(jì)和安裝實(shí)驗(yàn)電路，電路如右丈量霍爾片輸出電壓UH與輸入電流I的關(guān)系曲線，要求電流源2.008.00mA，間隔1.00mA，每個(gè)丈量點(diǎn)應(yīng)測4組數(shù)據(jù)。課后

6、畫出UHI關(guān)系曲線，計(jì)算霍爾片的敏捷度KH和載流子濃度n。(*3)判斷載流子的種類是空穴仍是電子。(*4)測定磁極空隙磁場的散布曲線。研究銻化銦磁阻器件的磁電阻效應(yīng)（A、B端短路條件），本實(shí)驗(yàn)要求丈量磁電阻R/R(0)隨磁場的變化規(guī)律，磁場電流IM：01000mA，間隔100mA。【數(shù)據(jù)辦理】1：霍爾效應(yīng)勵(lì)磁電流IMmAB=128.1mT=500電壓表示數(shù)（mV）電流表示數(shù)（mA）磁場B為正磁場B為負(fù)UH（mV）I正I負(fù)I正I負(fù)2.0051.8-51.9-48.448.350.103.0078.6-79.1-72.171.675.354.00104.6-106.3-95.794.6100.30

7、5.00130.4-133.3-119.2117.2125.036.00156.8-160.3-142.9139.2149.807.00181.1-186.9-166.5161.6174.038.00超量程超量程-189.2183.2不詳作圖以下：UH（mV）200.00180.00160.00140.00120.00100.0080.0060.0040.0020.000.00123456電流表示數(shù)（mA）此中斜率為24.79因?yàn)閁H=KHIB=RHIB/d所以KH=UH/(I*B)=193.5/TRH=KH*d=2：勵(lì)磁電流與磁感覺強(qiáng)度工作電流I=4.00mA磁場電流IM（mA）U1U2U2

8、U303.8-5.2-6.65.310024.6-25.9-15.714.720044.5-46.3-35.734.530064.8-66.0-55.554.840084.7-86.0-76.175.1500105.0-106.4-95.594.8600124.6-126.0-115.5115.2700144.5-146.1-135.4134.8800163.5-165.0-154.7154.63：磁電阻效應(yīng)（A、B短路）ICD=1.40mA磁場電流IM（mA）U/vBR=RB-R(0)磁電阻R/R(0)00.6574500.66341000.67601500.69732000.72622500.75903000.79654000.86985000.9160600