大學物理實驗霍爾效應

關于大學物理實驗霍爾效應霍爾（A.H.Hall

）

霍爾效應是美國物理學家霍爾（A.H.Hall，1855—1938）于1879年在美國霍普金斯大學讀研究生期間,研究關于載流導體在磁場中的受力性質時發(fā)現(xiàn)的一種現(xiàn)象。A.H.Hall（1855～1938）

第2頁,共21頁，2024年2月25日，星期天霍爾效應（Halleffect）

如果在一塊矩形半導體薄片上沿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,所產(chǎn)生的電壓稱為霍爾電壓。xyzISVH第3頁,共21頁，2024年2月25日，星期天霍爾效應（Halleffect）IS半導體：N型—載流子是電子；P型—載流子是空穴有一N型半導體薄片：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態(tài)平衡時P型半導體xyz電場力-第4頁,共21頁，2024年2月25日，星期天測量霍爾電壓ISISmV實驗中的副效應：不等勢電壓V0厄廷豪森效應VE能斯特效應VN里紀-勒杜克效應VRL副效應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’第5頁,共21頁，2024年2月25日，星期天儀器介紹xyz霍爾片IS輸入+IS-IS霍爾片輸出VHVH+-mV+-第6頁,共21頁，2024年2月25日，星期天霍爾效應測試儀SHVHVσ（mV）IS

（mA）IM(A）IS調節(jié)IM調節(jié)IS輸出IM輸出VHVσ輸入-3.21

.123儀器介紹第7頁,共21頁，2024年2月25日，星期天實驗內容保持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)，計算霍爾系數(shù)RH，計算載流子濃度n。電磁鐵勵磁電流，電磁鐵常數(shù)電磁鐵磁感應強度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,計算霍爾系數(shù)第8頁,共21頁，2024年2月25日，星期天實驗內容2.測A’C’間電壓，計算電導率，遷移率。將實驗儀“VH

輸出”開關倒向，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+-mV第9頁,共21頁，2024年2月25日，星期天數(shù)據(jù)處理記錄B0、IM，計算磁感應強度B(計算過程)。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’，相關系數(shù)r。用斜率B’計算霍爾系數(shù)RH。判斷材料的導電類型（N型P型）。第10頁,共21頁，2024年2月25日，星期天數(shù)據(jù)處理計算載流子濃度（單位體積內含有載流子的個數(shù)，單位）計算電導率（描述物體的導電能力，是電阻率的倒數(shù)。單位：西門子/米(S/m)）計算遷移率（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動速度的大小的量度，運動得快，遷移率大；運動得慢，遷移率小。單位）第11頁,共21頁，2024年2月25日，星期天注意事項霍爾片性脆易碎，電極甚細易斷，嚴禁撞擊或用手觸摸，否則易遭損壞。在需要調節(jié)霍爾片位置時，必須謹慎，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，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。第12頁,共21頁，2024年2月25日，星期天第13頁,共21頁，2024年2月25日，星期天最小二乘法（直線擬合y=A’+B’x）相關系數(shù)斜率截距如果相關系數(shù)|r|趨于1，說明VH和IS線性關系好，截距A’趨于0，說明VH和IS是正比關系，有因為返回第14頁,共21頁，2024年2月25日，星期天最小二乘法（直線擬合y=A’+B’x

）設置狀態(tài)MODEMODE21清除內存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，單位相關系數(shù)r

SHIFT(=保留至不為9的數(shù)返回第15頁,共21頁，2024年2月25日，星期天霍爾效應（Halleffect）xyzISP型半導體ISmV返回第16頁,共21頁，2024年2月25日，星期天不等勢電壓

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’引線在制作時不可能絕對對稱地焊接在霍爾片的兩側。因此，當電流流過霍爾元件時，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。因此，可通過改變方向予以消除。IS返回第17頁,共21頁，2024年2月25日，星期天厄廷豪森效應返回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，繞大圓軌道運動，速度小則繞小圓軌道運動，這樣導致霍爾元件的一端較另一端具有較多的能量而形成一個橫向的溫度梯度。因而產(chǎn)生溫差效應，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。第18頁,共21頁，2024年2月25日，星期天能斯特效應返回

由圖所示由于輸入電流端引線D、E點處的電阻不相等，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，只隨磁場方向而變。DE第19頁,共21頁，2024年2月25日，星期天里紀-勒杜克效