霍爾效應(yīng)磁阻實(shí)驗(yàn)原理

在磁場中的載流導(dǎo)體上出現(xiàn)很想電勢差的現(xiàn)象是24歲的霍爾（EdwinH.Hall）在1879年發(fā)現(xiàn)度料100(KausonKitzng)極是代聚物學(xué)磁令驚的展一克為發(fā)獲得195年理。后美籍華裔物理學(xué)家崔琦(D.C.Tsui)和施特默( )在更強(qiáng)磁場下研究量子霍爾效應(yīng)時發(fā)現(xiàn)了分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)。它的發(fā)現(xiàn)使人們對宏觀量子現(xiàn)象的認(rèn)識更深入一步，他們?yōu)榇税l(fā)現(xiàn)獲得了1998年物理學(xué)獎霍爾效應(yīng)裝置如圖2.3.1-1圖2.3.1-2半導(dǎo)(Bz軸方向當(dāng)沿yAAI率為u)受到洛倫茲力FB的作用，F(xiàn)B=q 無論載流子是負(fù)電荷還是正電荷，F(xiàn)B的方向均沿著x電荷積累，從而在薄片BB位差VBB’,形成一個電場E一個與FB方向相反的電場力FE，F(xiàn)E＝qE=qVBB’/ 其中bFE隨著電荷累積而增大，當(dāng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時FE＝FBquB=qVBB’/ 這時在BB電極BB爾另一方面，射載流子濃度為n,d,強(qiáng)度Iu為由(3(4)得 ,R。在應(yīng)用中，(6)常以如下形式出現(xiàn)：式 稱為霍爾元件靈敏度，I稱為控制電流由式(7)可見，若I、KH已知，只要測出霍爾電壓VBB’，即可算出磁場B的大??；并且若知載流子P載流子為空穴由VBB的正負(fù)可測出磁場由于霍爾效應(yīng)建立所需時間很短(10-12~10-14s),電時，得到的霍爾電壓也是交變的，(7)中的I和VBB’應(yīng)理解為有效值。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)計分布規(guī)律，速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)象稱為愛延豪森效應(yīng)。這種效應(yīng)建立需要一定時間，如果采用直流電測量時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，可以減小測量誤差。此外，在使用霍爾元件時還存在不等位電動勢引起的誤差，這是因?yàn)榛魻栯姌OB、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)工藝水平較高以用一個電位器加以平衡(圖2.3.1-1中電位器R1)。我們可以通過改變ISB數(shù)付別測量下列四組不同方向的IS和B組合的VBB’,即＋B， VBB’=V-B VBB’=-V-B - VBB’=V＋B，- VBB’=-V 電導(dǎo)率測量方法如下圖所示。設(shè)BC離為L，樣品橫截面積為S=bd流為IS，在零磁場下，測得B’C間電壓為VB’C,則QS-H儀測試儀由勵磁恒流源IM，樣品工作恒流源IS，數(shù)字電流表，數(shù)字毫伏表等組成，將測試儀上IMIS輸出VH輸入保持IM不變，取IM＝0.45AIS1.00,1.50,4.50mA測繪VH-IS線，計算RHIS不變，取IS＝4.50mAIM0.100,0.150,0.450mA測繪VH-M曲線在零磁場下，取IS=0.1mA測VBCVd確定樣品導(dǎo)電類型，