霍尔效应实验
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霍尔效应不仅是测定半导体材料电学参数的主要手段， 而且随着电子技术的发展，利用霍尔效应制成的器件已广泛 地用于非电量的测量，如温度、压力等等，还有自动化控制 和信息处理等领域。
霍尔效应的出现是由于导体（或半导体）中的载流子 （形成电流的的运动电荷）在磁场中受到洛伦兹力的作用而 发生的横向漂移的结果。
+ + + +fe
++ v
IS
IS
fB
— ——— — —
由于运动电荷受到洛伦兹力的作用，使其S侧积累负电荷，P侧积
累正电荷，因此电势差是P点高于S点，U H 0 则 RH 0 为N型半
导体。
p型半导体导电载中流信子为重空工穴机，械空股穴相份当有于限带公正司电的客粒户子服，务带部正
电粒子其运动方向和电流运动方向相同，如图所示：
fB
IS
— ——— ————
l
时将若受在到洛z 轴伦方兹向力加的上作恒用定，的洛磁伦场兹B力，用电fB子表电示荷：在沿 x 轴负方向运动
fB evB （2）
由于洛伦兹力的中作信用重，工使机得械电股子份将有沿限f B公的司方客向户向服下务侧部偏
移（即 y 轴的负方向），这样就引起了 S 侧电子的积累，P 侧正电荷的积累，从而使两侧出现电势差，且 P 点高于 S点，
IS , B U1 UH U0 U E U N U RL
IS ,B IS ,B
U2 U H U0 U E U N U RL U3 U H U0 U E U N U RL
IS ,B U4 UH U0 UE U N URL
UH
1 4
(U1
U2
U3
U4 ) UE
U E U H
U H
IS B ned
（6）
由固体物理理论可以证明金属的霍尔系数为
RH
1 ne
（7）
式中 n为载流子浓度，e 为载流子所带的电量。RH
是一常量，仅与导体材料有关，它是反映材料霍
尔效应强弱的重要参数
中信重工机械股份有限公司客户服务部
由（6）（7）式得
UH
RH
IS B d
（8）
由此可以定义霍尔元件的灵敏度
中信重工机械股份有限公司客户服务部
2.系统误差分析
① 不等势效应 ：U0 与 I S 的方向有关
② 爱廷豪森效应：U E 与 I S 、B 均有关
③ 能斯脱效应 ：UN 与 B 的方向有关
④
里纪——勒杜克效应：U
与
RL
B的方向有关
3.系统误差的消除—中—信对重称工测机量械法股份有限公司客户服务部
KH
RH d
1 ned
（9）
UH KH IS B
（10）
可见，只要测出霍尔电势差U H
感应强度 B 。
和工作电流
IS
，就可以求出磁
当给定 B ，改变I S 时可得到UH ，U H IS 呈线性关系，直线
斜率就是 KH B 。由公式（9）可求得 RH
由RH 可以确定以中下信参重工数机：械股份有限公司客户服务部 ①导电类型 如图：
— — — — — —fe
v
IS
IS
fB
+++ + + +
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
型半导体。
H
0
则
RH 0 ，所以是p
②求载流子浓度
n 1 RH e
中信重工机械股份有限公司客户服务部
（11）
一般情况下可以用上式求解，但是严格说来，霍尔系数表达式中应当乘 以一个修正因子 3/8 ：
中信重工机械股份有限公司客户服务部
实验原理
1.霍尔效应
如果将一块金属或半I 导体材料垂直放在磁场中，在垂直
于磁场方向上通以电流 ,则在垂直于电流和磁场方向上导体 的两侧会产生一个电势差，这种现象称为霍尔效应。
这个效应是1879年美国霍普金斯大学的研究生霍尔在研 究金属导电机构时发现了这种电磁现象，后来被称为霍尔效 应。
1 4
(U1
U
2
U3
U4)
仪器简介
RH
3
8
.1
ne
（12）
由以上讨论可知，霍尔电压UH 与载流子浓度n 成反比，即导电材料的载流 n 子 流浓子度是自由越电大子，，霍其尔浓系度数R很H大就(越大小约1，022霍尔)，电所势以差金U H属就材越料小的，霍一尔般系金数属很中小的，载霍
尔效应不显著。半导体材料的载流子浓cm度3 要比金属小得多，能够产生较大的霍
若用一块如图所中示信的重N工型机半导械体股试份样有（限导公电司的客载户流服子是务电部子）
设试样的长度为 l、宽度为 b ，厚度为d ，若在 x 方向通过电 流 I S ，电子电荷以速度 v 向左运动。
若电子的电荷量
为 e ，自由电子浓
度为 n ，则
d
+ + + + +++ +
fe
v
Iቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ envbd（1）b IS
尔电势差，所以霍尔片要用半导体材料做成，而不用金属材料做霍尔片。
另外载流子浓度的大小受温度的影响较大，所以要注意消除温度的影响。
还有，霍尔电压UH 与通过霍尔片的工作电流和电荷所受的磁场 B 的乘积成 正比，与霍尔片厚度 d 成反比，霍尔片厚度d 越小，霍尔电动势就越大，所以 制作霍尔片时往往采用减小d 的办法来增加霍尔电动势，从而提高灵敏度。
所以在试样中形成了横向电场 ，EH这一电场就称为霍尔电
场。该电场又对电子具有反方向的静电力。
fe eEH
（3）（此力方向向上）
电子受到电场力 fe 和磁场力 fB 的作用，一方面使电子
向下偏移，另一方面电子又受到向上的阻碍电子向下偏移的
力。由于这两个力的作用所以电子在半导体试样侧面的积累
不会无限止地进行下去：在开始阶段，电场力比磁场力小，
电荷继续向侧面积累，随着积累电荷的增加，电场力不断增
加，直到电子所受的电场力和磁场力相等，即 fB fe时，电
子不再横向漂移，结果在 霍尔电势差。
P
、S
两面形成恒定的电势差U
H
叫
中信重工机械股份有限公司客户服务部
fB fe
即 evB eEH （4）
EH vB
（5）
UH
VP
VS
EH b
vBb
中信重工机械股份有限公司客户服务部
霍尔效应实验
中信重工机械股份有限公司客户服务部
实验目的 1、了解霍尔效应实验原理以及有关霍尔器件对材料 要求的知识；
2、研究霍尔电压 UH与工作电流 I及S 霍尔电压 UH 与励磁电流 之IM间的关系；（即 U H ，IS UH ）IM
3、掌握用作图法求霍尔系数 RH的方法，由 R符H 号或 霍尔电压的正负判断样品的导电类型,并求出载流子浓 度; 4、学习一种消除系统误差的方法——对称测量法。
霍尔效应的出现是由于导体（或半导体）中的载流子 （形成电流的的运动电荷）在磁场中受到洛伦兹力的作用而 发生的横向漂移的结果。
+ + + +fe
++ v
IS
IS
fB
— ——— — —
由于运动电荷受到洛伦兹力的作用，使其S侧积累负电荷，P侧积
累正电荷，因此电势差是P点高于S点，U H 0 则 RH 0 为N型半
导体。
p型半导体导电载中流信子为重空工穴机，械空股穴相份当有于限带公正司电的客粒户子服，务带部正
电粒子其运动方向和电流运动方向相同，如图所示：
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— ——— ————
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由于洛伦兹力的中作信用重，工使机得械电股子份将有沿限f B公的司方客向户向服下务侧部偏
移（即 y 轴的负方向），这样就引起了 S 侧电子的积累，P 侧正电荷的积累，从而使两侧出现电势差，且 P 点高于 S点，
IS , B U1 UH U0 U E U N U RL
IS ,B IS ,B
U2 U H U0 U E U N U RL U3 U H U0 U E U N U RL
IS ,B U4 UH U0 UE U N URL
UH
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U2
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（6）
由固体物理理论可以证明金属的霍尔系数为
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1 ne
（7）
式中 n为载流子浓度，e 为载流子所带的电量。RH
是一常量，仅与导体材料有关，它是反映材料霍
尔效应强弱的重要参数
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由（6）（7）式得
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（8）
由此可以定义霍尔元件的灵敏度
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2.系统误差分析
① 不等势效应 ：U0 与 I S 的方向有关
② 爱廷豪森效应：U E 与 I S 、B 均有关
③ 能斯脱效应 ：UN 与 B 的方向有关
④
里纪——勒杜克效应：U
与
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B的方向有关
3.系统误差的消除—中—信对重称工测机量械法股份有限公司客户服务部
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可见，只要测出霍尔电势差U H
感应强度 B 。
和工作电流
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，就可以求出磁
当给定 B ，改变I S 时可得到UH ，U H IS 呈线性关系，直线
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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
型半导体。
H
0
则
RH 0 ，所以是p
②求载流子浓度
n 1 RH e
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（11）
一般情况下可以用上式求解，但是严格说来，霍尔系数表达式中应当乘 以一个修正因子 3/8 ：
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实验原理
1.霍尔效应
如果将一块金属或半I 导体材料垂直放在磁场中，在垂直
于磁场方向上通以电流 ,则在垂直于电流和磁场方向上导体 的两侧会产生一个电势差，这种现象称为霍尔效应。
这个效应是1879年美国霍普金斯大学的研究生霍尔在研 究金属导电机构时发现了这种电磁现象，后来被称为霍尔效 应。
1 4
(U1
U
2
U3
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仪器简介
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由以上讨论可知，霍尔电压UH 与载流子浓度n 成反比，即导电材料的载流 n 子 流浓子度是自由越电大子，，霍其尔浓系度数R很H大就(越大小约1，022霍尔)，电所势以差金U H属就材越料小的，霍一尔般系金数属很中小的，载霍
尔效应不显著。半导体材料的载流子浓cm度3 要比金属小得多，能够产生较大的霍
若用一块如图所中示信的重N工型机半导械体股试份样有（限导公电司的客载户流服子是务电部子）
设试样的长度为 l、宽度为 b ，厚度为d ，若在 x 方向通过电 流 I S ，电子电荷以速度 v 向左运动。
若电子的电荷量
为 e ，自由电子浓
度为 n ，则
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尔电势差，所以霍尔片要用半导体材料做成，而不用金属材料做霍尔片。
另外载流子浓度的大小受温度的影响较大，所以要注意消除温度的影响。
还有，霍尔电压UH 与通过霍尔片的工作电流和电荷所受的磁场 B 的乘积成 正比，与霍尔片厚度 d 成反比，霍尔片厚度d 越小，霍尔电动势就越大，所以 制作霍尔片时往往采用减小d 的办法来增加霍尔电动势，从而提高灵敏度。
所以在试样中形成了横向电场 ，EH这一电场就称为霍尔电
场。该电场又对电子具有反方向的静电力。
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（3）（此力方向向上）
电子受到电场力 fe 和磁场力 fB 的作用，一方面使电子
向下偏移，另一方面电子又受到向上的阻碍电子向下偏移的
力。由于这两个力的作用所以电子在半导体试样侧面的积累
不会无限止地进行下去：在开始阶段，电场力比磁场力小，
电荷继续向侧面积累，随着积累电荷的增加，电场力不断增
加，直到电子所受的电场力和磁场力相等，即 fB fe时，电
子不再横向漂移，结果在 霍尔电势差。
P
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两面形成恒定的电势差U
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中信重工机械股份有限公司客户服务部
fB fe
即 evB eEH （4）
EH vB
（5）
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霍尔效应实验
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实验目的 1、了解霍尔效应实验原理以及有关霍尔器件对材料 要求的知识；
2、研究霍尔电压 UH与工作电流 I及S 霍尔电压 UH 与励磁电流 之IM间的关系；（即 U H ，IS UH ）IM
3、掌握用作图法求霍尔系数 RH的方法，由 R符H 号或 霍尔电压的正负判断样品的导电类型,并求出载流子浓 度; 4、学习一种消除系统误差的方法——对称测量法。