大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)霍爾效應(yīng)

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)霍爾效應(yīng)霍爾(A、H、Hall

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霍爾效應(yīng)就是美國(guó)物理學(xué)家霍爾(A、H、Hall,1855—1938)于1879年在美國(guó)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(chǎng)中得受力性質(zhì)時(shí)發(fā)現(xiàn)得一種現(xiàn)象。A、H、Hall(1855～1938)

霍爾效應(yīng)(Halleffect

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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(chǎng),則在垂直于電流和磁場(chǎng)得方向(即y軸方向)上產(chǎn)生電勢(shì)差,這一現(xiàn)象稱(chēng)為霍爾效應(yīng),所產(chǎn)生得電壓稱(chēng)為霍爾電壓。xyzISVH霍爾效應(yīng)(Halleffect

)IS半導(dǎo)體:N型—載流子就是電子;P型—載流子就是空穴有一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(chǎng)霍爾電壓動(dòng)態(tài)平衡時(shí)P型半導(dǎo)體xyz電場(chǎng)力-測(cè)量霍爾電壓ISISmV實(shí)驗(yàn)中得副效應(yīng):不等勢(shì)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)得消除方法用對(duì)稱(chēng)測(cè)量法測(cè)量+B,+ISVAA’=V1-B,+ISVAA’=V2-B,-ISVAA’=V3+B,-ISVAA’=V4xyzVAA’儀器介紹xyz霍爾片IS輸入+IS-IS霍爾片輸出VHVH+-mV+-霍爾效應(yīng)測(cè)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儀器介紹實(shí)驗(yàn)內(nèi)容保持IM值不變,(取IM

=0、600A),改變IS,測(cè)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得國(guó)際單位:特斯拉T,單位換算RH—霍爾系數(shù)1、測(cè)量霍爾電壓,計(jì)算霍爾系數(shù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容2、測(cè)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(kāi)關(guān)倒向,在零磁場(chǎng)下(怎樣獲得零磁場(chǎng)？),取,測(cè)量。注意:IS取值不要大于0、20mA,以免過(guò)大,毫伏表超量程。()()霍爾片輸出VHVH+-mV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(guò)程)。記錄霍爾片幾何參量b、d、l(122頁(yè))。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。判斷材料得導(dǎo)電類(lèi)型(N型P型)。大家學(xué)習(xí)辛苦了，還是要堅(jiān)持繼續(xù)保持安靜數(shù)據(jù)處理計(jì)算載流子濃度(單位體積內(nèi)含有載流子得個(gè)數(shù),單位)計(jì)算電導(dǎo)率(描述物體得導(dǎo)電能力,就是電阻率得倒數(shù)。單位:西門(mén)子/米(S/m))計(jì)算遷移率(就是指載流子(電子和空穴)在單位電場(chǎng)作用下得平均漂移速度,即載流子在電場(chǎng)作用下運(yùn)動(dòng)速度得大小得量度,運(yùn)動(dòng)得快,遷移率大;運(yùn)動(dòng)得慢,遷移率小。單位)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軸方向得高度,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(cè)量Vσ時(shí),IS不宜過(guò)大,以免數(shù)字電壓表超量程,通常IS取為0、2mA左右。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(shuō)明VH和IS線性關(guān)系好,截距A’趨于0,說(shuō)明VH和IS就是正比關(guān)系,有因?yàn)榉祷刈钚《朔?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得數(shù)返回霍爾效應(yīng)(Halleffect

)xyzISP型半導(dǎo)體ISmV返回不等勢(shì)電壓

不等勢(shì)電壓就是由于霍爾元件得材料本身不均勻,以及電壓輸入端AA’引線在制作時(shí)不可能絕對(duì)對(duì)稱(chēng)地焊接在霍爾片得兩側(cè)。因此,當(dāng)電流流過(guò)霍爾元件時(shí),在電極AA’間也具有電勢(shì)差,記為,其方向只隨方向不同而改變,與磁場(chǎng)方向無(wú)關(guān)。因此,可通過(guò)改變方向予以消除。IS返回厄廷豪森效應(yīng)返回1887年厄廷豪森發(fā)現(xiàn),由于載流子得速度不相等,她們?cè)诖艌?chǎng)得作用下,速度大得受到得洛侖茲力大,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)致霍爾元件得一端較另一端具有較多得能量而形成一個(gè)橫向得溫度梯度。因而產(chǎn)生溫差效應(yīng),形成電勢(shì)差,記為,其方向取決于和得方向?？膳袛喑龊褪冀K同向。能斯