變溫霍爾效應(yīng) 實(shí)驗(yàn)報(bào)告

姓名：aTiaoE-mail：kangyubing@變溫霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告【實(shí)驗(yàn)原理】霍爾效應(yīng)和霍爾系數(shù)霍耳效應(yīng)原理設(shè)一塊半導(dǎo)體的x方向上有均勻的電流ＩX流過，在z方向上加有磁場(chǎng)Ｂz，則在這塊半導(dǎo)體的y方向上出現(xiàn)一橫向電勢(shì)差，這種現(xiàn)象被稱為“霍爾效應(yīng)”，稱為“霍爾電壓”，所對(duì)應(yīng)的橫向電場(chǎng)稱為“霍爾電場(chǎng)”。實(shí)驗(yàn)指出，霍爾電場(chǎng)強(qiáng)度EH的大小與流經(jīng)樣品的電流密度Ｊx和磁感應(yīng)強(qiáng)度Ｂz的乘積成正比式中比例系數(shù)稱為“霍爾系數(shù)”。對(duì)于電子、空穴混合導(dǎo)電的情況，在計(jì)算時(shí)應(yīng)同時(shí)考慮兩種載流子在磁場(chǎng)下偏轉(zhuǎn)的效果。對(duì)于球形等能面的半導(dǎo)體材料，可以證明：

式中ｂ’＝μn／μp，μn、μp為電子和空穴的遷移率。從霍爾系數(shù)的表達(dá)式可以看出：由的符號(hào)（也即的符號(hào)）可以判斷載流子的類型，正為p型，負(fù)為n型（注意，所謂正、負(fù)是指在xyz坐標(biāo)系中相對(duì)于y軸方向而言，見圖一。Ｉ、Ｂ的正方向分別為x軸、z軸的正方向，則霍爾電場(chǎng)方向?yàn)閥軸方向。當(dāng)霍爾電場(chǎng)方向的指向與y正向相同時(shí)，則ＵH為正。）；的大小可確定載流子的濃度；還可以結(jié)合測(cè)得的電導(dǎo)率算出如下定義的霍爾遷移率的量綱與載流子的遷移率相同，通常為ｃm2／Ｖ·ｓ（厘米2／伏秒），它的大小與載流子的電導(dǎo)遷移率有密切的關(guān)系。霍爾系數(shù)可以在實(shí)驗(yàn)中測(cè)量出來，若采用國(guó)際單位制，可得(m3／Ｃ)但在半導(dǎo)體學(xué)科中習(xí)慣采用實(shí)用單位制（其中，ｂ：厘米，Ｂz：高斯Ｇs），則×108(ｃm3／Ｃ)霍爾系數(shù)與溫度的關(guān)系與載流子濃度之間有反比關(guān)系，當(dāng)溫度不變時(shí)，載流子濃度不變，不變，而當(dāng)溫度改變時(shí)，載流子濃度發(fā)生，也隨之變化。實(shí)驗(yàn)可以得到||隨著溫度T變化的曲線。半導(dǎo)體電阻率在半導(dǎo)體中若有兩種載流子同時(shí)存在，其電導(dǎo)率為實(shí)驗(yàn)中電導(dǎo)率可由下式計(jì)算【實(shí)驗(yàn)儀器用具】【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以及處理】霍爾電壓的方向和電流的方向、磁場(chǎng)的方向和載流子類型有關(guān)，由于存在熱電勢(shì)、電壓降等副效應(yīng)，我們測(cè)得不同電流方向和磁場(chǎng)方向下的霍爾電壓進(jìn)而消除副效應(yīng)。根據(jù)所得數(shù)據(jù)，做出四次測(cè)量所得的霍爾電壓隨著溫度變化的曲線如下圖：為消除副效應(yīng)，令，根據(jù)公式：,計(jì)算得出如下圖像常溫下測(cè)量霍耳系數(shù)和電導(dǎo)率選取T=286.55K時(shí)的數(shù)據(jù)此時(shí)根據(jù)，得到根據(jù)，得到變溫測(cè)量霍爾系數(shù)圖像如上圖。做出ln（）—1/T的圖像如下：觀察后發(fā)現(xiàn)與理論圖像比較符合，由此說明實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)比較合理。【實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題以及思考題解答】誤差分析實(shí)驗(yàn)過程中，由于數(shù)據(jù)處于動(dòng)態(tài)變化過程，所以實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)存在一定的誤差。同時(shí)，測(cè)量溫度時(shí)，溫度的升降的單向進(jìn)行可能會(huì)有稍許偏差。注意事項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，若加熱功率偏大，可能會(huì)燒壞實(shí)驗(yàn)原件，并且可能會(huì)造成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的量偏少；如果加熱功率偏小，則會(huì)使得溫度上升太慢而耽誤大量時(shí)間，同時(shí)帶來量比較大的數(shù)據(jù)處理。所以應(yīng)當(dāng)控