大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)-霍爾效應(yīng)

霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)2021/5/91霍爾（A.H.Hall

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霍爾效應(yīng)是美國物理學(xué)家霍爾（A.H.Hall，1855—1938）于1879年在美國霍普金斯大學(xué)讀研究生期間,研究關(guān)于載流導(dǎo)體在磁場中的受力性質(zhì)時(shí)發(fā)現(xiàn)的一種現(xiàn)象。A.H.Hall（1855～1938）

2021/5/92霍爾效應(yīng)（Halleffect）

如果在一塊矩形半導(dǎo)體薄片上沿x軸方向通以電流，在z軸方向上加磁場，則在垂直于電流和磁場的方向（即y軸方向）上產(chǎn)生電勢差，這一現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng),所產(chǎn)生的電壓稱為霍爾電壓。xyzISVH2021/5/93霍爾效應(yīng)（Halleffect）IS半導(dǎo)體：N型—載流子是電子；P型—載流子是空穴有一N型半導(dǎo)體薄片：厚為d，寬為b，A’C’電極間距為lISmV洛倫茲力霍爾電場霍爾電壓動(dòng)態(tài)平衡時(shí)P型半導(dǎo)體xyz電場力-2021/5/94測量霍爾電壓ISISmV實(shí)驗(yàn)中的副效應(yīng)：不等勢電壓V0厄廷豪森效應(yīng)VE能斯特效應(yīng)VN里紀(jì)-勒杜克效應(yīng)VRL副效應(yīng)的消除方法用對稱測量法測量+B,+ISVAA’=V1-B,+ISVAA’=V2-B,-ISVAA’=V3+B,-ISVAA’=V4xyzVAA’2021/5/95儀器介紹xyz霍爾片IS輸入+IS-IS霍爾片輸出VHVH+-mV+-2021/5/96霍爾效應(yīng)測試儀SHVHVσ（mV）IS

（mA）IM(A）IS調(diào)節(jié)IM調(diào)節(jié)IS輸出IM輸出VHVσ輸入-3.21

.123儀器介紹2021/5/97實(shí)驗(yàn)內(nèi)容保持IM值不變,（取IM

=0.600A），改變IS，測量VH，用最小二乘法處理數(shù)據(jù)，計(jì)算霍爾系數(shù)RH，計(jì)算載流子濃度n。電磁鐵勵(lì)磁電流，電磁鐵常數(shù)電磁鐵磁感應(yīng)強(qiáng)度B的國際單位：特斯拉T，單位換算RH—霍爾系數(shù)1.測量霍爾電壓,計(jì)算霍爾系數(shù)2021/5/98實(shí)驗(yàn)內(nèi)容2.測A’C’間電壓，計(jì)算電導(dǎo)率，遷移率。將實(shí)驗(yàn)儀“VH

輸出”開關(guān)倒向，在零磁場下（怎樣獲得零磁場？），取，測量。注意:IS取值不要大于0.20mA，以免過大，毫伏表超量程。()()霍爾片輸出VHVH+-mV2021/5/99數(shù)據(jù)處理記錄B0、IM，計(jì)算磁感應(yīng)強(qiáng)度B(計(jì)算過程)。記錄霍爾片幾何參量b、d、l(122頁)。用最小二乘法處理數(shù)據(jù)，記錄截距A’，斜率B’，相關(guān)系數(shù)r。用斜率B’計(jì)算霍爾系數(shù)RH。判斷材料的導(dǎo)電類型（N型P型）。2021/5/910數(shù)據(jù)處理計(jì)算載流子濃度（單位體積內(nèi)含有載流子的個(gè)數(shù)，單位）計(jì)算電導(dǎo)率（描述物體的導(dǎo)電能力，是電阻率的倒數(shù)。單位：西門子/米(S/m)）計(jì)算遷移率（是指載流子（電子和空穴）在單位電場作用下的平均漂移速度，即載流子在電場作用下運(yùn)動(dòng)速度的大小的量度，運(yùn)動(dòng)得快，遷移率大；運(yùn)動(dòng)得慢，遷移率小。單位）2021/5/911注意事項(xiàng)霍爾片性脆易碎，電極甚細(xì)易斷，嚴(yán)禁撞擊或用手觸摸，否則易遭損壞。在需要調(diào)節(jié)霍爾片位置時(shí)，必須謹(jǐn)慎，切勿隨意改變Y軸方向的高度，以免霍爾片與磁極面摩擦而受損。

決不允許將“IM輸出”接到“IS輸入”或“VH、Vσ輸出”處，否則，一旦通電，霍爾樣品即遭損壞。

測量Vσ時(shí)，IS不宜過大，以免數(shù)字電壓表超量程，通常IS取為0.2mA左右。2021/5/9122021/5/913最小二乘法（直線擬合y=A’+B’x）相關(guān)系數(shù)斜率截距如果相關(guān)系數(shù)|r|趨于1，說明VH和IS線性關(guān)系好，截距A’趨于0，說明VH和IS是正比關(guān)系，有因?yàn)榉祷?021/5/914最小二乘法（直線擬合y=A’+B’x

）設(shè)置狀態(tài)MODEMODE21清除內(nèi)存SHIFTAC=輸入數(shù)據(jù)x1，y1M+x2，y2M+……

xn，ynM+截距A’

SHIFT7=2位，單位斜率B’

SHIFT8=4位，單位相關(guān)系數(shù)r

SHIFT(=保留至不為9的數(shù)返回2021/5/915霍爾效應(yīng)（Halleffect）xyzISP型半導(dǎo)體ISmV返回2021/5/916不等勢電壓

不等勢電壓是由于霍爾元件的材料本身不均勻，以及電壓輸入端AA’引線在制作時(shí)不可能絕對對稱地焊接在霍爾片的兩側(cè)。因此，當(dāng)電流流過霍爾元件時(shí)，在電極AA’間也具有電勢差，記為，其方向只隨方向不同而改變，與磁場方向無關(guān)。因此，可通過改變方向予以消除。IS返回2021/5/917厄廷豪森效應(yīng)返回1887年厄廷豪森發(fā)現(xiàn)，由于載流子的速度不相等，它們在磁場的作用下，速度大的受到的洛侖茲力大，繞大圓軌道運(yùn)動(dòng)，速度小則繞小圓軌道運(yùn)動(dòng)，這樣導(dǎo)致霍爾元件的一端較另一端具有較多的能量而形成一個(gè)橫向的溫度梯度。因而產(chǎn)生溫差效應(yīng)，形成電勢差，記為，其方向取決于和的方向?？膳袛喑龊褪冀K同向。2021/5/918能斯特效應(yīng)返回

由圖所示由于輸入電流端引線D、E點(diǎn)處的電阻不相等，通電后發(fā)熱程度不同，使D和E兩端之間出現(xiàn)熱擴(kuò)散電流，在磁場的作用下，在A、A’兩端出現(xiàn)橫向電場，由此產(chǎn)生附加電勢差，記為。其方向與無關(guān)，只隨磁場方向而變。DE2021/5/919里紀(jì)-勒杜克效應(yīng)

由于熱擴(kuò)散電流的載流子的遷移率不同，類似于厄廷豪森效應(yīng)中載流子速度不同一樣，也將形成一個(gè)橫向的溫度梯度，產(chǎn)生附加電勢差，記為，其方向只與磁場方向有關(guān)，與同向。返回2021/5/920取+B、+