霍尔效应
什么是霍尔效应
什么是霍尔效应什么是霍尔效应？它通常是指电子在受到磁场作用时，内部的电子密度随磁场增加的现象。
这种效应叫磁场效应。
简单的说，就是磁场效应使电子密度改变时，电子具有不均匀分布的特性，会出现这种现象叫做霍尔效应。
1、电磁感应磁场对电子产生作用时会产生电子感应现象，它在磁场中作用时，电子可产生各种不同的电磁感应现象。
其中很重要的一种，就是人们常说到的电磁感应现象。
根据电磁学中描述电磁感应现象的电磁感应定律，其基本单位为欧姆）。
当电流通过某种物体时，可产生感应电流。
这就是电磁感应现象。
在某些电子系统中，若利用磁场产生交变电流，这一交变电流可以改变其磁场，将影响磁场的方向或强度。
因此当磁场强度变大时，感应强度变化幅度也就越大，这种现象称为“磁效应”。
2、电磁场与磁场相互作用电荷的质量与大小不会随磁场大小变化。
电磁场强度有关，可以用TS表示。
当发生在电子设备中时，会使磁场方向发生变化。
通常认为是由磁场引起的，也可以认为是磁致伸缩。
.由于电流通过磁化轨道，使磁化方向发生了变化。
所以电磁场间的相互作用和电磁场与电子之间相互作用是相互影响的。
由于电荷在分子间作用力可以把电荷从原子转移到自由电子上而不会使电子变得不能再存在，这就是人们常说到的电流效应和霍尔效应。
3、霍尔效应对电磁系统的影响对于电磁系统，霍尔效应的作用是十分明显的。
当磁场作用于绝缘体上时，随着磁场的增大，绝缘体上电子密度也随之增加。
当外加电压大于导体电流密度和电阻率时，电子就会沿着这个路径移动直至到达导体的边缘。
在感应电路中电子随磁场移动也是一个常见特征，而且这种现象可分为以下几种情况:(1)电磁感应定律与霍尔效应都是在导体中发生。
当一个导体受到外力时电荷会产生相互作用，而引起电荷传递反应的电流则可以沿着被施加磁性物体的磁道方向通过。
4、霍尔效应现象的解释因为电子和质子之间没有运动，所以电子的轨道在磁场中运动的方向是不受磁场控制的。
当磁场比较强或者比较弱时（特别是电子),它会导致周围离子发生电离，这时电子的轨道不在一个固定的区域内了。
霍尔效应原理
霍尔效应原理霍尔效应原理是指在导体中通过存在磁场时，垂直于电流方向和磁场方向的方向上会产生一种电势差现象，这个现象被称为霍尔效应。
霍尔效应主要应用于传感器、磁场测量和电流测量等领域。
本文将详细介绍霍尔效应的原理、应用和发展。
一、原理1. 基本概念霍尔效应是由物理学家愛德溫·赫爾（Edwin Hall）在1879年首次发现的。
在一块导体中，正如导体移动的电荷体现为电流一样，霍尔效应是电流运动所引起的电荷堆积所产生的电势差。
这种电势差与导体垂直方向上的磁场大小和电流大小有关。
2. 工作原理当一个导体上有电流通过时，电子会受到洛伦兹力的作用而偏转。
洛伦兹力使电子在一侧堆积，另一侧产生电荷的亏损。
这种电势差的产生导致了电子的漂移，最终达到电势差平衡，同时垂直方向也会产生Hall电压（霍尔电压）。
霍尔电压与洛伦兹力的大小和电子漂移的速度成正比，与导体上的电流和磁感应强度成正比。
二、应用霍尔效应在电子技术和传感器领域有着广泛的应用。
1. 传感器基于霍尔效应的磁场传感器广泛应用于测量和检测领域。
通过检测电势差和磁场的大小，可以测量磁场的强度和方向。
这种传感器可以用于车辆导航、位置检测和磁性材料的测试等。
2. 电流测量霍尔效应也可用于测量电流的大小。
通过将电流通过一个导线并使其与磁场垂直，可以测量电流大小。
这种电流传感器常用于电子设备、电机控制和电力系统中。
3. 锁相放大器霍尔效应的原理被应用于锁相放大器。
锁相放大器是一种用于测量弱信号的仪器。
通过将霍尔元件置于电路中，可以实现对信号的放大和检测，从而提高系统的灵敏度和精度。
三、发展随着技术的发展，霍尔效应的应用越来越广泛，同时也出现了一些改进和发展。
1. 高精度磁场传感器目前，磁场传感器不仅能够测量磁场的大小，还可以提供更高的精度和稳定性。
这些传感器不仅应用于物理磁场测量，还广泛用于生物医学、地质勘探与导航等领域。
2. 三维测量近年来，研究人员还开发出了用于进行三维磁场测量的霍尔传感器。
霍尔效应
霍尔效应1879年，24岁的美国人霍尔在研究载流导体在磁场中所受力的性质时看，发现了一种电磁效应，即如果在电流的垂直方向加上磁场，则在同电流和磁场都垂直的方向上将建立一个电场。
这个效应后来被称为霍尔效应。
产生的电压(U H)，叫做霍尔电压。
好比一条路, 本来大家是均匀的分布在路面上, 往前移动。
当有磁场时, 大家可能会被推到靠路的右边行走，故路(导体) 的两侧, 就会产生电压差。
这个就叫“霍尔效应”。
根据霍尔效应做成的霍尔器件，就是以磁场为工作媒体，将物体的运动参量转变为数字电压的形式输出，使之具备传感和开关的功能，广泛地应用于工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面。
通过霍尔效应实验测定的霍尔系数，能够判断半导体材料的导电类型、载流子浓度及载流子迁移率等重要参数。
许多人都知道，轿车的自动化程度越高，微电子电路越多，就越怕电磁干扰。
而在汽车上有许多灯具和电器件，尤其是功率较大的前照灯、空调电机和雨刮器电机在开关时会产生浪涌电流，使机械式开关触点产生电弧，产生较大的电磁干扰信号。
采用功率霍尔开关电路可以减小这些现象。
实验目的1. 了解霍尔效应实验原理2. 测量霍尔电流与霍尔电压之间和励磁电流与霍尔电压之间的关系3. 学会用霍尔元件测量磁场分布的基本方法4. 学会用“对称测量法”消除负效应的影响实验原理1. 霍尔效应霍尔效应是磁电效应的一种，这一现象是美国物理学家霍尔（A.H.Hall，1855—1938）于1879年在研究金属的导电机构时发现的。
当电流I沿X轴方向垂直于外磁场B(沿Z方向)通过导体时，在Y方向，即导体的垂直于磁场和电流方向的两个端面之间会出现电势差V H，如图1所示，这现象称为霍尔效应。
这个电势差也被叫做霍尔电压。
实验表明，在磁场不太强时，霍尔电压V H 与电流强度I 和磁感应强度B 成正比，与板的厚度d 成反比，即IB K dIBR V H HH ==(1)。
其中RH 称为霍尔系数，KH 称为霍尔元件的灵敏度，单位为mv/(mA.T)。
霍尔效应(Hall Effect)
8
外加一磁场沿正y轴
在动并A1受，正A2Z间方加向一磁电场位作差用使力电F洞B 以q漂v流速B 度沿正x方向运
因材料原呈电中性，故有相等之负电荷累积在材料下 方并产生负Z方向静电力Fe＝qE
稳定态时，FB=FE 即 qvB＝qE
E=vB
此时上下两侧之电压差即为霍尔电压
归零
使用按钮上方英文字
所提示功能时，须先 按住SHIFT键才可使 用。
选取单位
数值撷取
范围设定
11
实验仪器
探针置入位置
测
厚 压 克 力 垫
磁 场 测 试 板
探 针
试 板 放 置 处
片
待
磁
测
铁
半
架
导
体
材料12如 Nhomakorabea量测磁场
先将高斯计执行 归零程序。
依操作说明找出磁 鐵N、S极。
量测示意图
将实验器材架设好，
14
9
计算
J nev I I A ab
v B E VH b
n IB aeVH
n : 載子濃度 e : 電荷電量 v: 漂移速度 J : 電流密度 B : 外加磁場 VH : 霍爾電壓 a : 樣品厚度(y方向) b : 樣品高度(z方向) A : 電流通過之樣品截面積
10
实验仪器-----高斯计(量测磁场使用 )
多数载子为电洞，少数载子为电子。
三价杂质通常为硼(B) 、鋁(Al)、鎵(Ga)、 銦(In)。
6
N型半导体
在纯硅中加入五价元素杂質，使每个硅原子与五价 杂质结合成共价键时多一电子，即为N型半导体。
多数载子为电子，少数载子为电洞。 五价杂质通常为磷(P)、
霍尔效应总结
霍尔效应总结霍尔效应是由美国物理学家霍尔于1879年发现的一种物理现象，在固体物理学和电子学领域具有重要意义。
它描述了当电流通过一块具有垂直磁场的半导体或导体时，会在器件的侧边产生一种电势差，即霍尔电势，这个现象被称为霍尔效应。
1. 霍尔效应的基本原理霍尔效应的基本原理是基于洛仑兹力的作用。
当电流通过一个导体或半导体时，电子受到磁场力的作用，沿着磁场方向受到一个与电子运动方向垂直的洛仑兹力。
这个洛仑兹力将导致电荷在器件侧边聚集，产生电势差，即霍尔电势。
这样的电势差可以通过引入霍尔电压来测量。
2. 霍尔效应的应用霍尔效应在实际应用中有广泛的用途。
下面将介绍一些典型的应用领域：a. 传感器技术由于霍尔效应可以测量电流和磁场，因此被广泛应用于传感器技术中。
例如，霍尔传感器可以用于测量磁场强度，如地磁场、电机磁场等。
此外，霍尔传感器还可以用于测量电流，如电动车、电机和电力系统中的电流测量。
b. 磁学研究霍尔效应对磁学研究有很大的意义。
通过测量霍尔电势和磁场强度，可以确定材料的磁性。
这对于研究磁性材料的性质和应用潜力非常重要。
c. 半导体器件霍尔效应在半导体器件中也有广泛的应用。
例如，霍尔元件可以用于测量磁场方向和强度，作为指南针或磁力计使用。
此外，霍尔元件还可以用于检测旋转运动，如在电动机中用于测量转速。
3. 霍尔效应的优势和局限性尽管霍尔效应具有广泛的应用前景，但它仍然存在一些优势和局限性。
优势方面，首先是霍尔效应可以对非接触式测量进行电路隔离，这对于高电压和高频率应用非常重要。
其次，霍尔效应传感器具有高灵敏度和快速响应的特点，可以对微小的磁场和电流变化进行准确测量。
此外，霍尔传感器还具有低功耗和稳定性好的特点。
然而，霍尔效应也存在一些局限性。
首先是霍尔效应对温度的敏感性。
在高温环境下，霍尔效应传感器可能会产生较大的误差。
其次，霍尔效应在强磁场下可能会饱和，导致测量结果不准确。
此外，由于霍尔效应受到温度和材料等因素的影响，传感器的精度和可靠性也会受到一定的限制。
霍尔效应现象
霍尔效应现象霍尔效应现象是指在磁场中通过一块导体时，导体中的电子受到磁场力的作用而发生偏转，从而导致导体中出现电压差的现象。
这一现象被广泛应用于电子学中的磁场测量、电子器件中的电压调节等领域。
本文将从霍尔效应的基本原理、实验过程和应用领域三个方面介绍霍尔效应现象。
一、霍尔效应的基本原理霍尔效应是由美国物理学家爱德华·霍尔于1879年发现的。
他在实验中将一块导体置于磁场中，通过导体中的电流产生磁场，导致导体中的电子受到磁场力的作用而发生偏转。
当电子沿着导体一侧运动时，由于受到磁场力的作用，它们将偏转向另一侧，从而在导体的另一侧产生电压差。
具体来说，在磁场的作用下，导体中的电子将受到洛伦兹力的作用，即F=qv×B，其中q为电子电荷，v为电子速度，B为磁场强度。
这个力的方向垂直于电子的速度和磁场的方向，从而使得电子在导体中发生偏转。
假设导体的厚度为d，电子在导体中的漂移速度为v，电荷密度为n，则在导体的另一侧会产生一个电场E，其大小为：E = VH / d其中VH为霍尔电压，即导体中产生的电压差。
从式子中可以看出，电场的大小与霍尔电压成正比，与导体厚度和载流子密度成反比。
二、实验过程为了观察霍尔效应现象，可以采用如下实验装置：将一块导体置于磁场中，并通过导体中的电流产生磁场。
在导体的两侧分别接上电压计，可以测量出导体中产生的电压差。
实验中通常采用霍尔元件来进行测量，霍尔元件是一种特殊的半导体器件，它的结构如下图所示：霍尔元件由一块p型半导体和一块n型半导体组成，它们之间夹着一层绝缘体。
在霍尔元件中加上电压时，电流将通过n型半导体的外侧，然后穿过绝缘层，最后通过p型半导体的外侧。
在磁场的作用下，电子将发生偏转，从而在霍尔元件的两侧产生电压差。
通过测量这个电压差，可以计算出磁场的强度。
三、应用领域霍尔效应现象被广泛应用于电子学中的磁场测量、电子器件中的电压调节等领域。
其中最常见的应用是磁场测量。
霍尔效应
霍尔效应是电磁效应的一种，这一现象是美国物理学家霍尔（A.H.Hall，1855—1938）于1879年在研究金属的导电机制时发现的。
当电流垂直于外磁场通过导体时，在导体的垂直于磁场和电流方向的两个端面之间会出现电势差，这一现象就是霍尔效应。
这个电势差也被称为霍尔电势差。
在导体上外加与电流方向垂直的磁场，会使得导体中的电子与空穴霍尔效应受到不同方向的洛伦兹力而在不同方向上聚集，在聚集起来的电子与空穴之间会产生电场，此电场将会使后来的电子和空穴受到电场力的作用而平衡掉磁场对其产生的洛伦兹力，使得后来的电子和空穴能顺利通过不会偏移，此称为霍尔效应。
而产生的内建电压称为霍尔电压。
方便起见，假设导体为一个长方体，长度分别为a、b、d，磁场垂直ab平面。
电流经过ad，电流I = nqv(ad)，n为电荷密度。
设霍尔电压为VH，导体沿霍尔电压方向的电场为VH / a。
设磁场强度为B。
洛伦兹力f=qE+qvB/c(Gauss 单位制)电荷在横向受力为零时不在发生横向偏转，结果电流在磁场作用下在器件的两个侧面出现了稳定的异号电荷堆积从而形成横向霍尔电场E= - vB/c由实验可测出E= UH/W 定义霍尔电阻为RH= UH/I =EW/jW= E/jj = q n vRH=-vB/c /(qn v)=- B/(qnc)UH=RH I= -B I /(q n c)这部分大学物理有做过，我就觉得那时实验原理就已经讲解得很清楚了，大家可以回顾回顾【原理】１）霍耳效应图１９—１霍尔效应霍耳效应从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力作用而引起的偏转。
当带电粒子（电子或空穴）被约束在固体材料中，这种偏转就导致在垂直电流和磁场的方向上产生正负电荷的聚积，从而形成附加的横向电场。
对于图１９—１所示的半导体试样，若在ｘ方向通以电流ＩS，在ｚ方向加磁场Ｂ，则在ｙ方向即试样Ａ、Ａ′电极两侧就开始聚积异号电荷而产生相应的附加电场。
霍尔效应
霍尔效应一、简介霍尔效应是磁电效应的一种，这一现象是霍尔（A.H.Hall ，1855—1938）于1879年在研究金属的导电机构时发现的。
后来发现半导体、导电流体等也有这种效应，而半导体的霍尔效应比金属强得多，利用这现象制成的各种霍尔元件，广泛地应用于工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面。
霍尔效应是研究半导体材料性能的基本方法。
通过霍尔效应实验测定的霍尔系数，能够判断半导体材料的导电类型、载流子浓度及载流子迁移率等重要参数。
流体中的霍尔效应是研究“磁流体发电”的理论基础。
二、理论知识1． 1． 霍尔效应将一块半导体或导体材料，沿Z 方向加以磁场B，沿X 方向通以工作电流I ，则在Y 方向产生出电动势H V ，如图1所示，这现象称为霍尔效应。
H V 称为霍尔电压。
(a) (b)图1 霍尔效应原理图实验表明，在磁场不太强时，电位差H V 与电流强度I 和磁感应强度B 成正比，与板的厚度d 成反比，即d IB R V HH =(1)或 IB K V H H =(2)式（1）中H R 称为霍尔系数，式（2）中H K 称为霍尔元件的灵敏度，单位为mv / (mA ·T)。
产生霍尔效应的原因是形成电流的作定向运动的带电粒子即载流子（N 型半导体中的载流子是带负电荷的电子，P 型半导体中的载流子是带正电荷的空穴）在磁场中所受到的洛仑兹力作用而产生的。
如图1（a ）所示，一快长为l 、宽为b 、厚为d 的N 型单晶薄片，置于沿Z 轴方向的磁场B中，在X 轴方向通以电流I ，则其中的载流子——电子所受到的洛仑兹力为j eVB B V e B V q F m -=⨯-=⨯=(3)式中V为电子的漂移运动速度，其方向沿X 轴的负方向。
e 为电子的电荷量。
m F 指向Y轴的负方向。
自由电子受力偏转的结果，向A 侧面积聚，同时在B 侧面上出现同数量的正电荷，在两侧面间形成一个沿Y 轴负方向上的横向电场H E （即霍尔电场），使运动电子受到一个沿Y 轴正方向的电场力e F，A 、B 面之间的电位差为H V （即霍尔电压），则 jb V e j eE E e E q F H H H H e ==-==(4)将阻碍电荷的积聚，最后达稳定状态时有0=+e m F F=+-j b V e j eVB H即b V eeVB H= 得 VBb V H =(5)此时B 端电位高于A 端电位。
霍尔效应-
霍尔效应霍尔效应是一种电学现象，指的是在通过导体的电流流动过程中，当垂直于电流方向有一磁场时，会在导体侧面上产生一电势差，这种电势差被称为霍尔电压，并且与电流、磁场及导体材料有关。
霍尔效应的发现和研究对于现代电子工业和物理学的发展都具有重要的意义，本文将对霍尔效应的原理、应用、以及在实验中的具体操作进行详细的介绍。
一、原理当一个导体上有电流流过时，根据洛伦兹力的作用，电子将受到一个力，沿着导体的长度方向运动，而如果同时存在一个与电流方向垂直的磁场时，磁场将使电子受到一个向导体的侧面施加的力，使电子在此方向运动，从而引起静电势差。
这个效应由美国物理学家霍尔首次发现，被称为基尔霍尔效应，或仅仅叫做霍尔效应。
在一个以恒定电流 I 流过的导体条上，位于上下两端相距为 d 的两点间的电压差为 Ux，则有Ux = (B×I×d)/nq，其中 B 是垂直于导体面的磁感应强度，n 是每单位体积内的自由电荷数，q 为电子电荷量。
这个式子意味着在有磁场存在的情况下，电子受到的洛伦兹力作用将使其沿着导体面运动，从而导致产生叠加产生垂直于电流和磁场方向的电势差，即为霍尔电压。
二、应用1、测量磁感应强度在不同的磁场下，通过导体流过的电流、导体材料和几何形状都保持不变，此时在导体侧面产生的霍尔电压将与磁场的大小成正比关系，可以通过霍尔电压来精确地测量磁场的大小。
2、电流传感器常见的电流传感器就是基于霍尔效应来制作的。
将一个薄平板霍尔元件放置到测量电路中去，当电流通过平板时，平板内将产生电磁场，霍尔元件受到磁场作用后，将产生跨越平板厚度方向的一定电势差，这个电势差可以表示电流的大小，并且与电流成正比关系。
3、磁传感器霍尔元件的输出与磁场的大小和方向有关。
当一磁场和其垂直的电流通过元件时，将测得电势差，电势差与磁场正比。
因此，霍尔元件也可以作为磁传感器使用。
4、直流电机驱动器霍尔元件可用来检测直流电机转子位置，电机通常有 3 条电线，其中一条是零线，其余两条称为 A/B 线，将霍尔元件的输出连接至 A/B 线可进行直流电机位置检测。
霍尔效应
A
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按经典霍尔效应理论，霍尔电阻RH（RH=U/I=K· B/d= B/nqd）应随B 连续变化并随着n（载流子浓度）的增大而减小， 但是，1980 年，克利青在1.5K 极低温度和18.9T 强磁场下， 测量金属——氧化物——半导体场效应晶体管时，发现其霍尔 电阻RH随磁场的变化出现了一系列量子化平台，即RH =h/Ne*(e*表示e的平方，h 为普朗克常数，e为电子电量， N=1,2⋯整数)， 这种现象称为整数量子霍尔效应(IQHE)。
霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器。 以霍尔效应原理构成的霍尔元件、霍尔集成电路、霍 尔组件通 称为霍尔效应磁敏传感器，简称霍尔传感器。 霍尔传感器分为线性型霍尔传感器和开关型霍尔传 感器两种。 （一）线性型霍尔传感器由霍尔元件、线性放大 器和射极跟随器组成，它输出模拟量。 （二）开关型霍尔传感器由稳压器、霍尔元件、 差分放大器，斯密特触发器和输出级组成，它输出数 字量。
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霍尔效应在应用技术中特别重要。霍尔发 现，如果对位于磁场(B)中的导体(d)施加 一个电压(Iv)，该磁场的方向垂直于所施 加电压的方向，那么则在既与磁场垂直又 和所施加电流方向垂直的方向上会产生另 一个电压(UH)，人们将这个电压叫做霍尔 电压，产生这种现象被称为霍尔效应。
好比一条路， 本来大家是均匀的分布在 路面上, 往前移动. 当有磁场时， 大家 可能会被推到靠路的右边行走. 故路 (导 体) 的两侧, 就会产生电压差. 这个就叫 “霍尔效应”。
1982 年，崔琦和施特默等人在比整数量子霍尔效应更低 的温度0.1K 和更强的磁场20T 条件下，对具有高迁移率 的更纯净的二维电子气系统样品的测量中，也在一些电阻 和温度范围内观测到横向霍尔电阻呈现平台的现象，但极 为不同的是，这些平台对应的不是原来量子霍尔效应的整 数值而是分数值，即RH =h/ve*(v=1/3,2/3,4/3,5/3,1/5), 故称为分数量子霍尔效应(FQHE)。一年后，劳克林用一个 波函数对分数量子
霍尔效应名词解释
霍尔效应名词解释霍尔效应是指当电流通过具有磁场的导体时，会产生一种横向的电势差现象。
简单来说，当导体中有电流流过时，如果该导体置于垂直于电流方向的磁场中，就会产生一种横向的电势差。
这种电势差称为霍尔电势，而产生这种电势差的现象即为霍尔效应。
霍尔效应最早由美国物理学家霍尔于1879年发现并进行了详细的研究。
霍尔效应的基本原理可以用以下几个方面来解释：1. 磁场的作用：当导体置于垂直于电流方向的磁场中时，磁场会施加洛仑兹力于电荷载流子上。
这个力的作用方向与载流子的运动方向和磁场垂直，从而改变了载流子的运动轨迹。
2. 载流子的积累：电子在导体中由负电荷承载，当电流流过时，由于洛仑兹力的作用，电子会在导体的一侧积累，而另一侧则缺少电子。
3. 电势差的产生：由于积累的电子数量差异，导致了导体两侧电势差的产生。
电势差的大小与电流强度、磁场强度以及导体的几何形状有关。
4. 霍尔电势：产生的电势差被称为霍尔电势。
霍尔电势的大小与导体的电荷密度、电流密度、磁场强度以及导体的尺寸有关。
霍尔效应在实际应用中有着广泛的应用，如磁性材料的测量、电流传感器、磁场传感器等。
通过测量霍尔电势，可以得到电荷载流子的信息，从而实现对电流、磁场等参数的测量。
同时，霍尔效应还被用于分析材料的性质，如测量材料的电导率以及电子密度等。
总结来说，霍尔效应是指在导体中有电流流过且置于垂直于电流方向的磁场中时，会产生横向的电势差现象。
霍尔效应的产生可以解释为磁场对载流子的作用，导致载流子在导体内积累，从而产生电势差。
霍尔效应在实际应用中有着广泛的应用，如用于电流传感器、磁场传感器等。
霍尔效应及产生原因
霍尔效应及产生原因霍尔效应及其产生原因一、引言霍尔效应是指当电流通过一定材料时，在垂直于电流方向的磁场作用下，产生电势差的现象。
霍尔效应的发现和研究为电子学和材料科学领域做出了重要贡献。
本文将围绕霍尔效应及其产生原因展开讨论。
二、霍尔效应的基本原理霍尔效应是由美国物理学家霍尔于1879年发现的。
当一块导电材料（如金属或半导体）中有电流通过时，如果垂直于电流方向施加一个磁场，那么在材料的一侧将产生一个电势差。
这个电势差称为霍尔电压，它与电流、磁场的大小和方向都有关系。
三、霍尔效应的产生原因1. 约瑟夫逊效应霍尔效应的产生与约瑟夫逊效应有关。
约瑟夫逊效应是指在磁场中运动的电荷受到洛伦兹力的作用，导致电荷沿磁场方向偏转的现象。
在导电材料中，当电流通过时，电子因受到洛伦兹力的作用而在材料中运动。
由于电子带有负电荷，所以在磁场的作用下，电子将向一侧偏转。
2. 霍尔电场当电子受到洛伦兹力的作用而偏转后，产生的正电荷与原本的负电荷分布不均，形成了一个电场。
这个电场称为霍尔电场，它垂直于电流方向和磁场方向，并且在材料的一侧产生电势差。
这个电势差就是霍尔电压。
3. 电子浓度差异在导电材料中，电子的浓度是不均匀的。
当电流通过时，电子受到洛伦兹力的作用而偏转，导致电子在材料中的分布发生改变。
在偏转后，电子在材料的一侧积累，从而形成了正电荷的聚集区。
这种电子浓度差异也是霍尔效应产生的原因之一。
四、应用领域1. 传感器技术霍尔效应被广泛应用于传感器技术中。
由于霍尔效应与磁场的大小和方向有关，因此可以利用霍尔传感器来检测磁场的强度和方向。
这种传感器常用于测量转速、位置、方位等应用。
2. 电流测量霍尔效应也可以用于电流测量。
通过将电流通过一个导电材料，利用霍尔电压与电流大小的线性关系，可以测量电流的大小。
这种测量方法具有高精度和无需电流分流的优点，因此在电力系统和电子设备中得到广泛应用。
3. 半导体器件霍尔效应在半导体器件中也有重要应用。
霍尔效应
一号表
量 V ：0～2 00m V 程 I ：0～2 00m A
二号表
量 V ：0～2 V 程 I ：0～2 A
三号表
量 V ：0～2 V 程 I ：0～2 A· +Fra bibliotek+
-
ON OFF
mA
A
A
电源
实验步骤
1.按此图的
电路连接好 电路线，共
14条线。
注意：一号表为mV/mA表，工作电流IS和霍尔电压UH均 用该表测量，当测量UH时，测量选择开关掷mV端，当测 量IS或不用时，测量选择开关掷mA端。二号表不用。
V a
Vb Vc Vd
表2. 霍尔电压与磁场的关系（即UH—B测量）
IS (mA)
IM (A)
(+IM +IS) Va (mV) (+IM -IS) Vb (mV) (-IM -IS) Vc (mV) (-IM +IS) Vd (mV) UH(mV) B(T)
B U
H
0.050
结果。有： +B +B -B -B
1 4
+IS -IS -IS +IS
Va = +UH + VE + VN + VR + V0 Vb = -UH - VE + VN + VR - V0 Vc = +UH + VE - VN - VR - V0 Vd = -UH - VE - VN - VR + V0
实验仪器
四川大学物理学院研制的
HYS-1型霍尔效应应用技
术综合实验仪。该实验仪 是集霍尔效应实验和霍尔
霍尔效应
[实验原理]1、霍尔效应及其产生机理一块长方形金属薄片或半导体薄片，若在某方向上通入电流I H ，在其垂直方向上加一磁场B ，则在垂直于电流和磁场的方向上将产生电位差U H ，这个现象称为“霍尔效应”。
U H 称为“霍尔电压”。
霍尔发现这个电位差U H 与电流强度I H 成正比，与磁感应强度B 成正比，与薄片的厚度d 成反比，即d BI R U H H H = （1）式中R H 叫霍尔系数，它表示该材料产生霍尔效应能力的大小。
霍尔电压的产生可以用洛伦兹力来解释。
如图1所示，将一块厚度为d 、宽度为b 、长度为L 的半导体薄片（霍尔片）放置在磁场B 中，磁场B 沿z 轴正方向。
当电流沿x 轴正方向通过半导体时，若薄片中的载流子（设为自由电子）以平均速度v 沿x 轴负方向作定向运动，所受的洛伦兹力为B ev f B ⨯= （2）在f B 的作用下自由电子受力偏转，结果向板面“I ”积聚，同时在板面“Ⅱ”上出现同数量的正电荷。
这样就形成一个沿y 轴负方向上的横向电场，使自由电子在受沿y 轴负方向上的洛伦兹力f B 的同时，也受一个沿Y 轴正方向的电场力f E 。
设E 为电场强度，U H 为霍尔片I 、Ⅱ面之间的电位差（即霍尔电压），则bU eeE f HE == （3）f E 将阻碍电荷的积聚，最后达稳定状态时有E B f f =（4）即bU eevB H= 或vBb U H = （5）设载流子浓度为n ，单位时间内体积为v ·d ·b 里的载流子全部通过横截面，则电流强度I H 与载流子平均速度v 的关系为dbneI v vdbne I HH == 或 （6）将（6）式代入（5）式得图1 霍尔效应原理图I Hvd B I ne U H H ⋅=1= R H dBI H （7）(7)式中，R H 即为（1）式中的霍尔系数 R H =ne 1=BI d U H H（8）(8)式中U H 的单位为伏特，d 的单位为厘米，I H 的单位为安培，B 的单位为高斯，霍尔系数R H 的单位为（厘米3/库仑）。
霍尔效应
由中国科学院物理研究所和清华大学物理系的科研人员组成的联合攻关团队，经过数年不懈探索和艰苦攻关， 成功实现了“量子反常霍尔效应”。这是国际上该领域的一项重要科学突破，该物理效应从理论研究到实验观测 的全过程，都是由我国科学家独立完成。
此次中国科学家发现的量子反常霍尔效应也具有极高的应用前景。量子霍尔效应的产生需要用到非常强的磁 场，因此至今没有广泛应用于个人电脑和便携式计算机上——因为要产生所需的磁场不但价格昂贵，而且体积大 概要有衣柜那么大。而反常霍尔效应与普通的霍尔效应在本质上完全不同，因为这里不存在外磁场对电子的洛伦 兹力而产生的运动轨道偏转，反常霍尔电导是由于材料本身的自发磁化而产生的。
由清华大学薛其坤院士领衔，清华大学、中科院物理所和斯坦福大学研究人员联合组成的团队在量子反常霍 尔效应研究中取得重大突破，他们从实验中首次观测到量子反常霍尔效应，这是中国科学家从实验中独立观测到 的一个重要物理现象，也是物理学领域基础研究的一项重要科学发现。
研究前景
中国科学家发 现量子反常
量子反常将为 我们带来什么
本质
本质
固体材料中的载流子在外加磁场中运动时，因为受到洛仑兹力的作用而使轨迹发生偏移，并在材料两侧产生 电荷积累，形成垂直于电流方向的电场，最终使载流子受到的洛仑兹力与电场斥力相平衡，从而在两侧建立起一 个稳定的电势差即霍尔电压。 正交电场和电流强度与磁场强度的乘积之比就是霍尔系数。平行电场和电流强度 之比就是电阻率。大量的研究揭示：参加材料导电过程的不仅有带负电的电子，还有带正电的空穴。
霍尔效应
—
—
—
—
—
—
fe
IS
fB
+ + + + + +
v
IS
带正电的粒子在洛伦兹力作用下，其正电荷向下偏移，上侧积累了 负电荷，形成下高上低的电势差。这时， U H 0 则 RH 0 ，所以是p 型半导体。
②求载流子浓度
1 n RH e
（11）
这个关系式是假定所有的载流子都具有相同的漂移速度得到的，但是严 格说来，考虑载流子的速度统计分布，霍尔系数表达式中应当乘以一个修正 因子 3/8 ：
背景介绍
霍尔效应
霍尔效应是霍尔 (Hall)24 岁时在美国霍普金斯大学研究生期
间，研究关于载流导体在磁场中的
受力性质时发现的一种现象。 在长方形导体薄板上通以 电流，沿电流的垂直方向施加磁场， 就会在与电流和磁场两者垂直的方
向上产生电势差，这种现象称为霍
Edwin Hall（1855～1938）
尔效应，所产生的电势差称为霍尔 电压。
3、电磁无损探伤 霍尔效应无损探伤方法安全、可靠、实用，并能实现无速度影响 检测，因此，被应用在设备故障诊断、材料缺陷检测之中。其探伤原 理是建立在铁磁性材料的高磁导率特性之上。采用霍尔元件检测该泄 漏磁场B的信号变化，可以有效地检测出缺陷存在。钢丝绳作为起重 、运输、提升及承载设备中的重要构件，被应用于矿山、运输、建筑 、旅游等行业，但由于使用环境恶劣，在它表面会产生断丝、磨损等 各种缺陷，所以，及时对钢丝绳探伤检测显得尤为重要。目前，国内 外公认的最可靠、最实用的方法就是漏磁检测方法，根据这一检测方 法设计的断丝探伤检测装置，如EMTC 系列钢丝绳无损检测仪，其 金属截面积测量精度为± 0.2％，一个捻距内断丝有一根误判时准确 率>90％，性能良好，在生产中有着广泛的用途。
霍尔效应简述
霍尔效应简述
霍尔效应是一种电学现象,描述了在金属表面形成的电场和磁场之间的相互作用。
根据霍尔效应,可以通过检测磁场来测量金属表面的电动势,从而实现对电子的测量和自动控制。
霍尔效应的基本原理是:当金属表面被磁场穿过时,会产生一个电动势,这个电动势的大小与金属表面的磁导率成反比。
如果有一个电流通过金属表面,那么金属表面的磁导率越高,产生的电动势就越大,产生的电流也就越大。
霍尔效应有多种应用,包括传感器、开关、控制器、磁盘驱动器等。
例如,在磁盘驱动器中,霍尔效应可以用来检测磁盘的旋转和读写操作。
在传感器中,霍尔效应可以用来检测物体的距离、形状和运动状态等。
在控制器中,霍尔效应可以用来实现开关功能,以及控制电流和电压等。
除了用于电子领域外,霍尔效应还可以应用于其他领域,例如农业、医疗和天文学等。
在农业中,霍尔效应可以用来检测农作物的生长状态和害虫的数量,从而进行有效的种植管理和病虫害防治。
在医疗中,霍尔效应可以用来检测医疗器械的状态和故障,从而提高医疗器械的可靠性和治疗效果。
在天文学中,霍尔效应可以用来检测天体的距离和位置,从而进行天体观测和分析。
霍尔效应是一种非常重要的电学现象,它在电子、机械、自动化等领域都有广泛的应用。
随着科技的不断进步,霍尔效应的应用前景将越来越广泛,将为人类带来更多的便利和效益。
霍尔效应
霍尔效应一、霍尔效应的发现霍尔效应在1879年被美国物理学家霍尔发现，当电流通过一个位于磁场中的导体的时候，导体中会产生一个与电流方向及磁场方向均垂直的电势差。
且电势差的大小与磁感应强度的垂直分量及电流的大小成正比。
在半导体中，霍尔效应更加明显。
二、霍尔效应的原理霍尔效应从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力作用而引起的偏转。
当带电粒子（电子或空穴）被约束在固体材料中，这种偏转就导致在垂直电流和磁场方向上产生正负电荷的聚积，从而形成附加的横向电场，即霍尔电场E H。
电流I S通过N型或P型霍尔元件，磁场B方向与电流I S方向垂直，且磁场方向由内向外，对于N型半导体及P型半导体，分别产生的方向如左图和右图的霍尔电场E H（据此，可以判断霍尔元件的属性——N型或P型）。
霍尔电势差EH阻止载流子继续向侧面偏移，当载流子所受的横向电场力FE 与洛仑兹力F相等时，霍尔元件两侧电荷的积累就达到动态平衡。
B由于：F E=eE H，F B=evB，因此：eE H=eVB（1）设试样的宽为b，厚度为d，载流子浓度为n，则：I S=nevbd（2）由（1）、（2）式可得：霍尔电势差U H=E H b=(1/ne)(I S B/d)=RH(I S B/d)RH=1/ne是材料的霍尔系数，它是反映材料霍尔效应强弱的重要参数。
对于固定霍尔元件，厚度d固定，记K H为霍尔元件的霍尔系数，可得：U H=K H I S B（3）即：霍尔电势差UH与电流IS及磁感应强度B成正比。
三、霍尔效应的应用利用霍尔效应，可以制作开关传感器及线性传感器。
开关型霍尔传感器广泛应用于位置、位移及转速测量，线性型霍尔传感器广泛应用于磁场及电流、电压的测量。
近年来，以非工频、非正弦为主要特征的变频电量的测量需求越来越大，由于电磁式互感器的频率适用范围较窄，相比之下，霍尔电压、电流传感器的适用频带较宽，且可以用于直流测量，其市场前景广阔。
然而，对于复杂电磁环境下的变频电量的精确测量，由于霍尔传感器对磁场较敏感，应用时需要特别注意。
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常见问题
• 数据记录：电磁铁规格数值k、线圈的霍尔灵敏度 KH，及其单位。现在就写在数据记录表上！ • 测量数据：要按照PPT上的条件测量，否则。。。！ 磁场分布数据没有记录到较小的值，无法画出比 较完整的曲线。 • 数据处理不完整！没有单位！！不注意有效位 数！！！作图不规范！！！！ • 原理和步骤部分不完整。 • 讨论部分言而无物。
1
A1
p
2
R
A2
μ：磁导率；μo＝4π×10-7 n/A2 I ：电流强度； n ：单位长度的匝数（N/L)
nI
1 nI 2
Hale Waihona Puke Bx实验中的副效应
附加电动势（热磁效应->附加电势U1）
1）埃廷斯豪森效应，是由于在霍尔片两端有温度差，从而产生温差电 动势UE，它与霍尔电流IH、磁场B方向有关； 2）能斯特效应，是由于当热流通过霍尔片（如1，2端）在其两侧（3， 4端）会有电动势UN产生，只与磁场B和热流有关； 3）里吉-勒迪克效应，是当热流通过霍尔片时两侧会有温度差产生，从 而又产生温差电动势UR，它同样与磁场B及热流有关 。
IM/A 0.300 0.400 V1/mV V2/mV V3/mV V4/mV +B,-Is VH=(V1-V2+V3-V4)/4 /mV
+B,+Is -B,+Is -B,-Is
0.500
0.600 0.700 0.800
电流和磁场的正负：规定闸刀向上合时，电流和磁 场为正。注意数据的+和-。
3、确定样品的导电类型，求出RH（d=0.5mm）。
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实验内容一：测量霍尔元件的参数
１、测量试样的VH—IS 和VH—IＭ曲线，确定样品的导 电类型。 VH K H I S B K H I S kIM （两个自变量的函数） （1）实验仪双刀开关倒向“VH”，测试仪功能选择置于“VH”。 保持磁场电流 IM=0.500A, 测绘VH—IS 曲线．
N型：电子导电，A点电势高于B点（VH＜０， KH＜０） P型：空穴导电，B点电势高于Ａ点（VH＞０ ，KH＞０）
3、螺线管内的磁场分布 直螺线管内的磁场是均匀分布的，而螺线管 外的磁感应强度近似为零。对于有限长直螺线管， 在边缘处磁感应强度明显下降（螺线管端口B为中 心位置的1/2)。
1 B nI (cos 1 cos 2 ) 2
H S
型
霍尔效应 测试仪 螺线管磁场
IS 输 出
+
S
功能切换 H
IS、IM(A)
+
IM 输 出
调零
VH、VO输入
IS调节
测量选择 IS IM
IM调节
-
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实验设备2：霍尔效应实验组合仪
x y 调节 样品架 样品 电磁铁
Is换向
VH
IM 换向
Is输入
IM 输入
注意事项：励磁电流IM和工作电流IS不能交叉接错； 适当选取IM和IS, 保持VH在量程范围内； 注意上图中电流的输入、输出方向。
大学物理实验（2）
霍尔效应测磁场
预习报告问题
• 封面：是否统一的封面？是否填写完整？ 组号？实验时间？实验题目？ • 报告：统一规格（ A4纸），手写。 • 实验目的、内容等抄写类内容？ • 实验仪器：功能、型号、注意事项。 • 实验原理：文字叙述、公式、图表、物理 量定义、单位。 • 实验步骤：过程、数据、方法。 • 实验数据表：二份，A4纸。 • 最后一页应当有成绩分类表格。
实验目的
•了解产生霍尔效应的物理过程。 •学习用霍尔元件测量长直螺线管的轴向磁场分布。 •学习“对称测量法”消除负效应的影响，测量试样 的VH—IS 和VH—IＭ曲线。 •确定试样的导电类型。
实验原理
霍耳效应从本质上讲，是运动的带电粒子 在磁场中受洛伦兹力作用而引起的偏转。当带 电粒子（电子或空穴）被约束在固体材料中， 这种偏转就导致在垂直于电流和磁场方向上产 生正负电荷的聚积，从而形成附加的横向电场， 即霍耳电场。由此形成的电压称为霍尔电压。 通过测量霍尔电压，可以测定外界磁场。 带电粒子在磁场中的受力满足右手定则：
B = VH / (KH IS)
V4/mV VH B
+B,+Is 0.0
0.5
-B,+Is
-B,-Is
+B,-Is
0.0
0.0
0.0
0.5
1.0
1.5
0.0
0.0
1.0
1.5
1.5
0.5
2.0
注：1.x是霍尔元件的位置，x=x1+x2。 2.二个滑动标尺有一个“零”起点，x1和x2分别是滑尺坐标。 3.x1=x2=14cm时（？），霍尔元件位于螺线管的末端。 注意纪录线圈的霍尔灵敏度KH，单位mV/ (mA kGs)。不同 的实验设备x的选取不同，目的都是测量磁场分布。
不等位电势差（零位误差->附加电势U2）
这是由于测量霍耳电压的电极A和A’位置难以做 到在一个理想的等势面上，因此当有电流通过时， 即使不加磁场，也会产生附加的电压V0 ＝ISr， 其中r为A、A'所在的两个等势面之间的电阻。 V0的符号只与电流的方向有关，与磁场的方向无 关，因此，可以通过改变的方向予以消除。
IS/mA 1.00 V1/mV +B,+Is V2/mV -B,+Is V3/mV -B,-Is V4/mV +B,-Is VH=(V1-V2+V3-V4)/4 /mV
1.50
2.00 2.50 3.00 3.50
4.00
2、保持IS 的值不变（IS = 3.00mA），改变IM（即改变 磁场B），测绘曲线VH—IＭ。
霍尔效应简介
普通霍尔效应：1879年美国物理学家霍尔(Hall,Edwin Herbert,1855-1938)在实验中发现。一般温度和磁场强度下。 整数量子霍尔效应：1980年德国物理学家克利青(Klaus von Klitzing, 1943-)等。1985年获得了诺贝尔物理奖。在研究极 低温度和强磁场中的半导体时发现。 分数量子霍尔效应：1982年美籍华裔物理学家崔琦(Daniel Chee Tsui,1939- )和美国物理学家劳克林(Robert ughlin， 1950-)、施特默(Horst L. St rmer，1949-)在更强磁场下研究 量子霍尔效应时发现了分数量子霍尔效应。1998年获得诺贝尔 奖。 量子自旋霍尔效应：复旦校友、斯坦福教授张首晟预言，后被实 验证实。是美国《科学》杂志评出的2007年十大科学进展之一。
实验连线图
x y 调节 样品架 样品 电磁铁
Is换向
VH
IM 换向
Is输入
V0 输出
霍尔效应 螺线管磁场 测试仪
IM 输入
TH— +
IS 输 出 VH、VO(mv)
`
H S
型
功能切换 S H IS调节
IS、IM(A)
+
IM 输 出
调零
VH、VO输入
测量选择 IS IM
IM调节
-
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U2=U’=UA-UA’
对称测量法消除副效应
通过改变磁场的方向或改变霍尔电流的方向，即分 别测量四组不同方向的Is和B组合的VAA’，然后求平均。
B, I V AA ' V1 （含 U1、 U2；） B, I V AA ' V2（含-U1、 U2；） B, I V AA ' V3（含-U1、-U2；） B, I V AA ' V4（含 U1、-U2；）
V1 V2 V3 V4 VH 4
实验设备1：霍尔效应测试仪
功能： 1. 提供电磁铁励磁电流IM（用于产生磁场， 单位 A）； 2. 提供霍尔元件工作电流IS（单位 mA）； 3. 测量霍尔电动势VH（单位 mV）； 4. 测量附加电势V0 （即U2,单位 mV） 。
TH—
VH、VO(mv)
RH K H d
实验内容二：测量螺线管轴线上的磁场分布
产生磁场的 长直螺线管
末端装有霍 尔元件的滑杆
线圈灵敏度KH
（用来测量磁场分布）
电流和磁场的正负：规定闸刀向上合时，电流和磁 场为正。注意数据的+和-。
（ IM=0.600A， IS=6.00mA)
x1 x2 x V1/mV V2/mV V3/mV
霍尔效应实验组合仪（1） （用来测量霍尔元件参数）
末端装有霍尔 元件的螺杆。
电磁铁（由IM驱动）
电磁铁规格k
IS换向开关
IM换向开关
输出VH或V0的选择开关 注意记录电磁铁规格数值k，单位为高斯(Gs/A)或特斯拉 (T/A, 10kGs/A) ，表示线圈通入1A电流产生磁场强度数值， 励磁电流 IM 决定磁场强度的大小：B=kIM。
（1）VH<0，属于N型；VH>0，属于P型。 （2）求RH： 由 VH K H I S B K H I S kIM
K H VH / kIS I M
a）对固定的IM（即B不变），由VH-IS关系图上 可以求出KH。 b）对固定的IS，由VH-IM关系图上也可以求出KH。 c）由 d=0.5mm，求出RH：
F qv B
1、霍尔电动势/电压
1 VH IB K H IB ned
z B
Ｂ
K H 1 / ned
VH :霍尔电动势
RH K H d
O x
Ａ
I
VH
d
y
K H :灵敏度 RH :系数
n: 单位体积内电子数； e：电子电量 d：导体厚度