霍尔效应实验
霍尔效应实验报告(共8篇)
篇一：霍尔效应实验报告大学本(专)科实验报告课程名称：姓名：学院：系：专业：年级：学号：指导教师：成绩：年月日（实验报告目录）实验名称一、实验目的和要求二、实验原理三、主要实验仪器四、实验内容及实验数据记录五、实验数据处理与分析六、质疑、建议霍尔效应实验一．实验目的和要求：1、了解霍尔效应原理及测量霍尔元件有关参数.2、测绘霍尔元件的vh?is，vh?im曲线了解霍尔电势差vh与霍尔元件控制（工作）电流is、励磁电流im之间的关系。
3、学习利用霍尔效应测量磁感应强度b及磁场分布。
4、判断霍尔元件载流子的类型，并计算其浓度和迁移率。
5、学习用“对称交换测量法”消除负效应产生的系统误差。
二．实验原理：1、霍尔效应霍尔效应是导电材料中的电流与磁场相互作用而产生电动势的效应，从本质上讲，霍尔效应是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力的作用而引起的偏转。
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在不同侧的聚积，从而形成附加的横向电场。
如右图（1）所示，磁场b位于z的正向，与之垂直的半导体薄片上沿x正向通以电流is（称为控制电流或工作电流），假设载流子为电子（n型半导体材料），它沿着与电流is相反的x负向运动。
由于洛伦兹力fl的作用，电子即向图中虚线箭头所指的位于y轴负方向的b侧偏转，并使b侧形成电子积累，而相对的a侧形成正电荷积累。
与此同时运动的电子还受到由于两种积累的异种电荷形成的反向电场力fe的作用。
随着电荷积累量的增加，fe增大，当两力大小相等（方向相反）时，fl=-fe，则电子积累便达到动态平衡。
这时在a、b两端面之间建立的电场称为霍尔电场eh，相应的电势差称为霍尔电压vh。
设电子按均一速度向图示的x负方向运动，在磁场b作用下，所受洛伦兹力为fl=-eb式中e为电子电量，为电子漂移平均速度，b为磁感应强度。
同时，电场作用于电子的力为 fe??eeh??evh/l 式中eh为霍尔电场强度，vh为霍尔电压，l为霍尔元件宽度当达到动态平衡时，fl??fe ?vh/l （1）设霍尔元件宽度为l，厚度为d，载流子浓度为n，则霍尔元件的控制（工作）电流为 is?ne （2）由（1），（2）两式可得 vh?ehl?ib1isbrhs （3）nedd即霍尔电压vh（a、b间电压）与is、b的乘积成正比，与霍尔元件的厚度成反比，比例系数rh?1称为霍尔系数，它是反映材料霍尔效应强弱的重要参数，根据材料的电导ne率σ=neμ的关系，还可以得到：rh??/ （4）式中?为材料的电阻率、μ为载流子的迁移率，即单位电场下载流子的运动速度，一般电子迁移率大于空穴迁移率，因此制作霍尔元件时大多采用n型半导体材料。
霍尔效应实验
霍尔效应与其应用置于磁场中的载流体，如果电流方向与磁场垂直，则在垂直于电流和磁场的方向会产生一附加的横向电场，这个现象是霍普斯金大学研究生霍尔于1879年发现的，后被称为霍尔效应。
随着半导体物理学的迅速发展，霍尔系数和电导率的测量已成为研究半导体材料的主要方法之一。
通过实验测量半导体材料的霍尔系数和电导率可以判断材料的导电类型、载流子浓度、载流子迁移率等主要参数。
若能测量霍尔系数和电导率随温度变化的关系，还可以求出半导体材料的杂质电离能和材料的禁带宽度。
如今，霍尔效应不但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，利用该效应制成的霍尔器件，由于结构简单、频率响应宽（高达10GHz）、寿命长、可靠性高等优点，已广泛用于非电量测量、自动控制和信息处理等方面。
在工业生产要求自动检测和控制的今天，作为敏感元件之一的霍尔器件，将有更广阔的应用前景。
了解这一富有实用性的实验，对日后的工作将有益处。
一、实验目的1．了解霍尔效应实验原理以与有关霍尔元件对材料要求的知识。
2．学习用“对称测量法”消除副效应的影响，测量并绘制试样的V H －I S和V H－I M曲线。
3．确定试样的导电类型、载流子浓度以与迁移率。
二、实验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（N型） 0 (Y)E （P型）0 (Y)E (X)、B（Z） IsH H <>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，即霍尔电场。
对于图（1）（a ）所示的N 型半导体试样，若在X 方向的电极D 、E 上通以电流Is ，在Z 方向加磁场B ，试样中载流子（电子）将受洛仑兹力（1）其中e 为载流子（电子）电量， 为载流子在电流方向上的平均定向漂移速率，B 为磁感应强度。
无论载流子是正电荷还是负电荷，F z 的方向均沿Y 方向，在此力的作用下，载流子发生便移，则在Y 方向即试样A 、A ´电极两侧就开始聚积异号电荷而在试样A 、A ´两侧产生一个电位差V H ，形成相应的附加电场E —霍尔电场，相应的电压V H 称为霍尔电压，电极A 、A ´称为霍尔电极。
霍尔效应实验报告优秀4篇
霍尔效应实验报告优秀4篇实验四霍尔效应篇一实验原理1．液晶光开关的工作原理液晶的种类很多，仅以常用的TN（扭曲向列）型液晶为例，说明其工作原理。
TN型光开关的结构：在两块玻璃板之间夹有正性向列相液晶，液晶分子的形状如同火柴一样，为棍状。
棍的长度在十几埃（1埃＝10-10米），直径为4～6埃，液晶层厚度一般为5-8微米。
玻璃板的内表面涂有透明电极，电极的表面预先作了定向处理（可用软绒布朝一个方向摩擦，也可在电极表面涂取向剂），这样，液晶分子在透明电极表面就会躺倒在摩擦所形成的微沟槽里；电极表面的液晶分子按一定方向排列，且上下电极上的定向方向相互垂直。
上下电极之间的那些液晶分子因范德瓦尔斯力的作用，趋向于平行排列。
然而由于上下电极上液晶的定向方向相互垂直，所以从俯视方向看，液晶分子的排列从上电极的沿－45度方向排列逐步地、均匀地扭曲到下电极的沿＋45度方向排列，整个扭曲了90度。
理论和实验都证明，上述均匀扭曲排列起来的结构具有光波导的性质，即偏振光从上电极表面透过扭曲排列起来的液晶传播到下电极表面时，偏振方向会旋转90度。
取两张偏振片贴在玻璃的两面，P1的透光轴与上电极的定向方向相同，P2的透光轴与下电极的定向方向相同，于是P1和P2的透光轴相互正交。
在未加驱动电压的情况下，来自光源的'自然光经过偏振片P1后只剩下平行于透光轴的线偏振光，该线偏振光到达输出面时，其偏振面旋转了90°。
这时光的偏振面与P2的透光轴平行，因而有光通过。
在施加足够电压情况下(一般为1～2伏)，在静电场的作用下，除了基片附近的液晶分子被基片“锚定”以外，其他液晶分子趋于平行于电场方向排列。
于是原来的扭曲结构被破坏，成了均匀结构。
从P1透射出来的偏振光的偏振方向在液晶中传播时不再旋转，保持原来的偏振方向到达下电极。
这时光的偏振方向与P2正交，因而光被关断。
由于上述光开关在没有电场的情况下让光透过，加上电场的时候光被关断，因此叫做常通型光开关，又叫做常白模式。
霍尔效应实验报告[共8篇]
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篇一：霍尔效应实验报告大学本(专)科实验报告课程名称：姓名：学院：系：专业：年级：学号：指导教师：成绩：年月日（实验报告目录）实验名称一、实验目的和要求二、实验原理三、主要实验仪器四、实验内容及实验数据记录五、实验数据处理与分析六、质疑、建议霍尔效应实验一．实验目的和要求：1、了解霍尔效应原理及测量霍尔元件有关参数.2、测绘霍尔元件的vh?is，vh?im曲线了解霍尔电势差vh与霍尔元件控制（工作）电流is、励磁电流im之间的关系。
3、学习利用霍尔效应测量磁感应强度b及磁场分布。
4、判断霍尔元件载流子的类型，并计算其浓度和迁移率。
5、学习用“对称交换测量法”消除负效应产生的系统误差。
二．实验原理：1、霍尔效应霍尔效应是导电材料中的电流与磁场相互作用而产生电动势的效应，从本质上讲，霍尔效应是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力的作用而引起的偏转。
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在不同侧的聚积，从而形成附加的横向电场。
如右图（1）所示，磁场b位于z的正向，与之垂直的半导体薄片上沿x正向通以电流is（称为控制电流或工作电流），假设载流子为电子（n型半导体材料），它沿着与电流is相反的x负向运动。
由于洛伦兹力fl的作用，电子即向图中虚线箭头所指的位于y轴负方向的b侧偏转，并使b侧形成电子积累，而相对的a侧形成正电荷积累。
与此同时运动的电子还受到由于两种积累的异种电荷形成的反向电场力fe的作用。
随着电荷积累量的增加，fe增大，当两力大小相等（方向相反）时，fl=-fe，则电子积累便达到动态平衡。
这时在a、b两端面之间建立的电场称为霍尔电场eh，相应的电势差称为霍尔电压vh。
设电子按均一速度向图示的x负方向运动，在磁场b作用下，所受洛伦兹力为fl=-eb式中e为电子电量，为电子漂移平均速度，b为磁感应强度。
同时，电场作用于电子的力为 fe??eeh??evh/l 式中eh为霍尔电场强度，vh为霍尔电压，l为霍尔元件宽度当达到动态平衡时，fl??fe ?vh/l （1）设霍尔元件宽度为l，厚度为d，载流子浓度为n，则霍尔元件的控制（工作）电流为 is?ne （2）由（1），（2）两式可得 vh?ehl?ib1isb?rhs （3）nedd即霍尔电压vh（a、b间电压）与is、b的乘积成正比，与霍尔元件的厚度成反比，比例系数rh?1称为霍尔系数，它是反映材料霍尔效应强弱的重要参数，根据材料的电导ne率σ=neμ的关系，还可以得到：rh??/???? （4）式中?为材料的电阻率、μ为载流子的迁移率，即单位电场下载流子的运动速度，一般电子迁移率大于空穴迁移率，因此制作霍尔元件时大多采用n型半导体材料。
霍尔效应原理与实验
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、理论知识准备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。
霍尔效应实验
量结果中消除。即在规定了电流和磁场正、反方向后，分别测量由下列
四组不同方向的 IS 和 B 组合的 VA'A。
+B，+IS -B，+IS -B，-IS +B，-IS
V1 V2 V3 V4
(V1 V2 ) (V3 V4 ) VH 4
实验内容
1. 测量 VH – IS 曲线. 保证励磁电流 IM = 500mA不变，研究VH – IS 关系。 IS(mA) 0.50 1.00 1.50 V1(mV) V2(mV) V3(mV) V4(mV) VH(mV)
式中106是由于非国际单位制单位制（CGS）的引入引起的。电 压单位为V，电流单位为A，长度单位为cm，磁场单位为高斯
（1 特斯拉 = 104高斯）。
霍尔电压与导电类型
若电流 IS 沿 x 轴方向，磁场 B 逆 z 轴方向。若测出 A'A之间的电压为负值（ VH < 0 ），则材料为 N 型半导体
材料，载流子为电子。
若电流 IS 沿 x 轴方向，磁场 B 逆 z 轴方向。若测出 A'A之间的电压为正值（ VH > 0 ），则材料为 P 型半导体 材料，载流子为空穴。
霍尔电压的测量
在产生霍尔效应的同时，因伴随着各种副效应，以致实验测得的
A'A 两极间的电压并不等于真实的霍尔电压 VH 值，而是包含着各种副 效应所引起的附加电压，因此必须设法消除。根据副效应产生的机理可 知，采用电流和磁场换向的对称测量法，基本上能把副效应的影响从测
d
试样宽度：b
试样厚度：d
载流子浓度： n 电流： IS = n· v· d e· b·
霍尔电压：
IS B 1 IS B VH EH b RH ne d d
霍尔效应实验
尔效应强弱的重要参数 6
由（6）（7）式得
UH
RH
IS B d
由此可以定义霍尔元件的灵敏度
KH
RH d
1 ned
UHKHISB
（8） （9） （10）
可见，只要测出霍尔电势差U H
应强度 B 。
和工作电流 I S
，就可以求出磁感
当给定 B ，改变I S 时可得到U H ，U H I S 呈线性关系，直线 斜率就是 K H B 。由公式（9）可求得 R H
IS ,B IS ,B
U 2 U H U 0 U E U N U R L U 3 U H U 0 U E U N U R L
IS,B U 4 U H U 0 U E U N U R L
U H1 4(U 1U 2U 3U 4)U E UE UH
U H1 4(U 1U 2U 3U 4)
2
实验原理
1.霍尔效应 如果将一块金属或半导体材料垂直放在磁场中，在垂直
于磁场方向上通以电流 I ,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。
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。
12
仪器简介 霍尔效应实验仪由实验仪和测试仪组成，其装置如图：
13
14
1、实验仪：本实验仪由电磁铁、二维移动标尺、三个换向 闸 刀开关、霍尔元件组成。
C型电磁铁，给它通以电流产生磁场。 二维移动标尺及霍尔元件；霍尔元件是由N型半导体材 料制成的，将其固定在二维移动标尺上，将霍尔元件放入磁 铁的缝隙之中，使霍尔元件垂直放置在磁场之中，在霍尔元 件上通以电流，如果这个电流是垂直于磁场方向的话，则在 垂直于电流和磁场方向上导体两侧会产生一个电势差。
大学物理实验-霍尔效应
实验结论与意义
根据实验结果和讨论，总结实验 结论，并阐述实验在物理学科中 的意义和应用价值。
05 结论
实验结论总结
霍尔效应的发现
通过实验，我们成功观察到了霍尔效应，即在磁场的作用下，导 体中产生横向电势差的现象。
霍尔系数与载流子类型
实验中，我们通过测量霍尔系数，推断出导体中的载流子类型为负 电荷。
拓展应用领域
霍尔效应不仅在基础研究中具有重要意义，还可以应用于 实际生产和生活领域。未来可以进一步拓展其应用范围， 如磁场传感器、磁记录技术等。
06 参考文献
参考文献
01
总结词：深入理解
02
详细描述：霍尔效应的原理是当电流在磁场中流动时，会在导体中产生一个横 向的电位差，这种现象被称为霍尔效应。这个原理是大学物理实验中非常重要 的知识点，有助于深入理解电磁场和电流的相互作用。
磁场对霍尔效应的影响
实验结果显示，随着磁场强度的增加，霍尔电势差也相应增大，表 明磁场对霍尔效应具有显著影响。
实验对理论的意义
验证霍尔效应理论
通过实验，我们验证了霍尔效应理论的正确性，即当磁场作用在导 体上时，导体中会产生横向电势差。
加深对载流子理解
实验结果有助于我们进一步理解载流子的行为和性质，以及它们在 导体中的运动规律。
包括电源、电流表、电压表、 霍尔元件等。
磁场发生器
提供恒定磁场，用于观察霍尔 效应。
测量支架
固定和调整霍尔元件位置。
实验导线
连接电源、测量仪表和实验元 件。
实验操作流程
安装霍尔元件
将霍尔元件放置在测量支架上， 调整位置使其与磁场发生器平 行。
开始实验
开启电源，调整磁场发生器， 观察霍尔元件在不同磁场强度 下的表现。
霍尔效应实验报告(共8篇)
篇一：霍尔效应实验报告大学本(专)科实验报告课程名称：姓名：学院：系：专业：年级：学号：指导教师：成绩：年月日（实验报告目录）实验名称一、实验目的和要求二、实验原理三、主要实验仪器四、实验内容及实验数据记录五、实验数据处理与分析六、质疑、建议霍尔效应实验一．实验目的和要求：1、了解霍尔效应原理及测量霍尔元件有关参数.2、测绘霍尔元件的vhis，vhim曲线了解霍尔电势差vh与霍尔元件控制（工作）电流is、励磁电流im之间的关系。
3、学习利用霍尔效应测量磁感应强度b及磁场分布。
4、判断霍尔元件载流子的类型，并计算其浓度和迁移率。
5、学习用“对称交换测量法”消除负效应产生的系统误差。
二．实验原理：1、霍尔效应霍尔效应是导电材料中的电流与磁场相互作用而产生电动势的效应，从本质上讲，霍尔效应是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力的作用而引起的偏转。
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在不同侧的聚积，从而形成附加的横向电场。
如右图（1）所示，磁场b位于z的正向，与之垂直的半导体薄片上沿x正向通以电流is（称为控制电流或工作电流），假设载流子为电子（n型半导体材料），它沿着与电流is相反的x负向运动。
由于洛伦兹力fl的作用，电子即向图中虚线箭头所指的位于y轴负方向的b侧偏转，并使b侧形成电子积累，而相对的a侧形成正电荷积累。
与此同时运动的电子还受到由于两种积累的异种电荷形成的反向电场力fe的作用。
随着电荷积累量的增加，fe增大，当两力大小相等（方向相反）时，fl=-fe，则电子积累便达到动态平衡。
这时在a、b两端面之间建立的电场称为霍尔电场eh，相应的电势差称为霍尔电压vh。
设电子按均一速度向图示的x负方向运动，在磁场b作用下，所受洛伦兹力为fl=-eb式中e为电子电量，为电子漂移平均速度，b为磁感应强度。
同时，电场作用于电子的力为 feeehevh/l 式中eh为霍尔电场强度，vh为霍尔电压，l为霍尔元件宽度当达到动态平衡时，flfe vh/l （1）设霍尔元件宽度为l，厚度为d，载流子浓度为n，则霍尔元件的控制（工作）电流为isne （2）由（1），（2）两式可得 vhehlib1isbrhs （3）nedd即霍尔电压vh（a、b间电压）与is、b的乘积成正比，与霍尔元件的厚度成反比，比例系数rh1称为霍尔系数，它是反映材料霍尔效应强弱的重要参数，根据材料的电导ne率σ=neμ的关系，还可以得到：rh/ （4）式中为材料的电阻率、μ为载流子的迁移率，即单位电场下载流子的运动速度，一般电子迁移率大于空穴迁移率，因此制作霍尔元件时大多采用n型半导体材料。
霍尔效应实验总结及结论
霍尔效应实验总结及结论引言霍尔效应是指当一个电流通过导体时，会在导体中引起一种特殊的电场分布，从而使导体的一侧产生电压差。
这种现象被称为霍尔效应，广泛应用于传感器、电流测量等领域。
本文将对霍尔效应实验进行总结和结论的归纳，以加深对霍尔效应的理解。
实验步骤1.准备实验所需材料：霍尔元件、电源、电流表、电压表、导线等。
2.搭建实验电路：将霍尔元件与电流表、电压表相连，连接电源并调节电流大小。
3.测量电压：在不同电流下，使用电压表测量霍尔元件两侧的电压差。
4.记录数据：根据测量结果记录电流和电压的数值。
实验结果通过实验的测量和记录，得到了一系列的电流和电压数据。
根据霍尔效应的原理，我们可以进行一些数据处理和分析，得出以下几点结论：1.电流与电压之间的关系：在实验中，我们可以观察到随着电流大小的增加，霍尔元件两侧的电压差也相应增加。
这表明在电流通路中存在一定的电场分布，从而产生了霍尔电压。
2.正负电荷的分布：由于霍尔效应的原理，霍尔元件两侧会形成正负的电荷分布。
根据电压的正负性质，可以判断出电流的方向。
3.线性关系验证：通过实验数据的分析，我们可以验证霍尔效应的线性关系。
在一定范围内，电流和电压之间存在线性关系，这符合霍尔效应的基本原理。
实验验证为了验证实验结果的准确性和可靠性，我们可以采取以下措施：1.多次重复实验：通过多次实验，可以得到多组数据，从而对实验结果进行验证和比较。
如果多组数据之间一致性较高，说明实验结果较为可信。
2.控制变量：在实验过程中，尽可能控制其他变量的影响，只改变电流大小，以保证实验的准确性。
3.对比理论预期值：根据霍尔效应的原理，可以计算出理论预期值，将理论值与实验测量值进行对比，并分析其差异原因。
结论通过本次实验，我们对霍尔效应有了更深入的理解和认识。
实验的结果验证了霍尔效应的存在，并且通过实验数据的分析，验证了电流和电压之间的线性关系。
除此之外，通过实验还可以进一步研究和应用霍尔效应，如根据电压的变化实现电流的测量、磁场的检测等。
《霍尔效应实验》课件
数据处理
根据实验数据绘制霍尔电压与电流、 磁场强度的关系图，并进行分析。
结果解释
根据实验结果解释霍尔效应的原理， 并探讨其在现代科技中的应用。
04 霍尔效应的应用
磁场测量
霍尔效应传感器
利用霍尔元件测量磁场，可以用于测量磁场的强度和方向，广泛应用于地质勘 查、导航、电机控制等领域。
磁通量密度测量
通过测量磁通量密度，可以了解材料的磁性能，对于材料科学和物理学研究具 有重要意义。
具有高灵敏度、高线性度、高重 复性和低功耗等优点，能够测量 微弱的磁场和电流。
03 霍尔效应实验步骤
实验准备
实验器材
霍尔效应测量仪、电源、 导线、磁铁、测量尺等。
实验原理
霍尔效应是指当电流通过 磁场中的导体时，在导体 两端产生横向电势差的现 象。
安全注意事项
确保电源电压在安全范围 内，避免电流过大导致设 备损坏或人员伤亡。
霍尔效应的重要性
霍尔效应的应用广泛，涉及到磁场测量、电流测量、电机控制、电子开关等方面。
在现代科技领域，霍尔效应的应用已经渗透到各个领域，如汽车工业、航天航空、 医疗器械等。
霍尔效应的发现和研究推动了物理学和电子工程学科的发展，为人类科技进步做出 了重要贡献。
02 霍尔效应实验原理
洛伦兹力
洛伦兹力
《霍尔效应实验》课件
目录
• 霍尔效应简介 • 霍尔效应实验原理 • 霍尔效应实验步骤 • 霍尔效应的应用 • 实验注意事项 • 参考文献
01 霍尔效应简介
霍尔效应的定义
01
02
03
霍尔效应
在磁场中，当电流通过导 体时，会在垂直于电流和 磁场的导体侧产生电动势 的现象。
霍尔电压
霍尔效应实验报告(共8篇).doc
霍尔效应实验报告(共8篇).doc
实验名称：霍尔效应实验
实验目的：通过测量半导体中霍尔电压和霍尔电流，了解半导体中的电子输运性质。
实验器材：霍尔电流源、霍尔电压计、半导体样品、直流电源、数字万用表等。
实验原理：当一个导电材料中存在磁场时，载流子将在该磁场下发生偏转，从而导致材料的横向电场。
这种结果被称为霍尔效应。
V_H = KBIB/Tne
其中V_H为霍尔电压，B为外磁场强度，I为霍尔电流，n为携带载流子的数量密度。
实验步骤：
1. 将半导体样品制成薄片，并对其进样操作。
2. 通过在泳道中流动电流，产生磁场，测量霍尔电压和磁场。
3. 通过改变霍尔电流来改变携带量子的数量密度。
4. 通过改变温度来研究电子输运性质。
实验数据：
实验中测得的数据如下表所示：
B（T） | I（mA） | V_H（mV） | n（cm^-3）
0.002 | 3 | 3.5 | 2.2*10^12
0.004 | 5 | 7.0 | 2.5*10^12
0.006 | 7 | 10.5 | 2.8*10^12
0.008 | 9 | 14.0 | 3.5*10^12
0.01 | 10 | 17.5 | 4.0*10^12
实验结果：
通过上述数据，我们可以绘制出霍尔电压与磁场的曲线，通过分析该曲线，可以获得半导体的部分参数，如携带载流子的数量密度、迁移率和磁场的线性范围。
除了以上的结论，该实验还可以用于检测半导体的杂质和掺杂浓度等质量因素，并可用于研究半导体中的输运行为（例如迁移率），以便确定相应观察特性的重要性及其与材料的性质之间的关联性。
霍尔效应实验报告(附带实验结论)
霍尔效应实验报告(附带实验结论)
霍尔效应实验是研究磁场穿过电路时电流的结果，它由瑞典物理学家弗里德里克•霍
尔创造并命名于1879年，以他揭示磁场中线圈电流方向的发现而获得了诺贝尔物理学奖。
它可以证明磁性作用和电流之间的关系，用于显示物体的磁性特性而被广泛应用到有无线
电电子设备研究中。
本次实验是以霍尔效应量测磁场强度（脉冲电压）的发生情况，以及
它们相互之间的关系，从而测量磁场的方向。
本次实验的目的是测试霍尔效应并且量测磁场强度和方向。
此外，实验综合使用计算
机科学和物理学，电子技术等方法，采用标准实验设备建立实验系统，对磁场和脉冲电压
进行测量，具体实验过程如下。
1.设置实验材料：仪器、电源、低阻抗负载和校正磁场线圈;
2.设定测量参数：动圈圈特征电阻、容性和无源性串联电阻；
3.将被测物体放置在磁场线圈中;
4.将阻抗电源的输出电压调整至0.5V；
6.检查阻抗电源的输出参数以确保它不超出安全容量；
7.用电路模拟器测量脉冲电压，记录和分析测量结果；
8.根据实验结果制定结论。
实验结果表明，该实验可以有效的测量磁场的强度（脉冲电压）和方向，而且它可以
有效地检测磁场的变化。
根据实验结果，得出实验结论:当磁场穿过电路时，会出现脉冲
电压，这也证明了磁性作用和电流之间的关系。
总之，本次实验圆满成功。
我们测出脉冲电压，研究了磁场强度和方向与脉冲电压之
间的关系，从而明确了霍尔效应的物理原理。
实验结果可以为智能电子元件、磁性感应装
置和电机设计等方面的应用提供有效的参考依据。
霍尔效应原理及实验
霍尔效应原理及实验霍尔效应是指在一个有磁场的导体中，在垂直于磁场方向的横向电场作用下，会产生一定的电势差，这种现象就被称为霍尔效应。
它是一种在磁场作用下寻找材料电子运动方向的有用工具。
原理在垂直磁场方向的电场作用下，电子在样品中沿着一个方向运动，如图1所示。
这个方向就是经典物理中说的洛伦兹力的方向。
在铜箔片的中间放置一个电极，就会在电极处产生一个电势差，这个电势差就是霍尔电压。
霍尔电压的大小与磁感应强度和电流密度有关。
通过测量霍尔电势差可以计算出样品中的电荷载流子的密度和流动方向。
实验方法1.实验材料与仪器- 圆形磁铁- 铜箔片或半导体样品- 电源- 万用表2.实验步骤(1)将铜箔片或半导体样品固定在实验板上。
(2)用导线连接电源电源正负极和样品的两个端点。
(3)调节电源，使电流通过样品。
(4)将磁铁靠近样品，使磁场垂直样品表面，并测量霍尔电势差。
(5)测量电压和电流的变化，并记录下来。
(6)更换不同的磁铁和样品，再次重复实验，并记录数据。
注意事项：(1) 铜箔片或者半导体样品必须是平坦且光滑的。
铜箔片的厚度要大于磁化深度。
(2) 实验板应该是非磁性的，电路部分要求低电阻，接线应精细。
(3) 磁场的强度和方向不应该受到外界影响，应该尽量靠近样品表面。
同时也要注意电源电流的大小和方向，避免影响到实验的准确性。
实验结果与分析根据实验数据，可以求出样品中的霍尔电势差U、电流I和磁场B的关系:U = R_H*B*I/d其中，R_H为霍尔常数，d为样品的厚度。
霍尔常数与样品的类型和性质有关。
在实验中，铜箔的R_H为5.2×10^-11 m^3/C，n型硅的R_H为-1.1×10^-3 m^3/C。
从实验结果来看，霍尔效应具有高灵敏度、高可靠性和高准确度，可以广泛应用于半导体元件、氧化物涂层、液晶面板、玻璃表面和磁性涂层等领域。
结论霍尔效应实验的结果表明，当磁场垂直于样品表面时，会在样品的横向电场作用下产生一定的电势差，这种现象称为霍尔效应。
实验四-霍尔效应
实验四 霍尔效应一.实验目的1. 认识霍尔效应，理解产生霍尔效应的机理。
2. 测绘霍尔元件的H S V I -、H M V I -曲线，了解霍尔电势差H V 与霍尔元件工作电流S I 、磁感应强度B 及励磁电流M I 之间的关系。
3. 学习用“对称交换测量法”消除负效应产生的系统。
二.实验原理1．霍尔效应法测量磁场原理一块长方形金属薄片或者半导体薄片，若在某方向上通入电流I S ,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V H ，这个现象称为霍尔效应。
V H 称为霍尔电压。
它们之间有如下关系：dBI R V S HH = 上式中，R H 称为霍尔系数，d 是薄片的厚度。
霍尔电压的产生可以用洛仑兹力来解释。
如图4-1所示，半导体块的厚度为d 、宽度为b ，各种物理量的方向如图上所示，则自由电子以平均速度v 沿x 轴负方向作定向运动，所受洛仑兹力为B ev F B ⨯=在此力的作用下自由电子向板的侧端面聚集，同时在另一个侧端面上出现同样的正电荷。
这样就形成了一个沿y 方向的横向电场，使自由电子同时也受到电场力F E 的作用，即：b eV eE F H E /==最后在平衡状态下，有：F B =F E ，即 evB=eV H /b ，化简得到：V H =vBb （1） 设块体内的载流子浓度n ，则电流I S 与载流子平均速v 的关系为：dbneI v S=（2） 将上式代入（1）得：nedBI V S H =或者B I K V S H H = （3）其中，K H 为霍尔元件的灵敏度。
单位是V/(A ·T)。
2、 霍尔电压的V H 测量方法(实验中的副效应)在产生霍尔效应的同时，也伴随着各种副效应，所以实验测量的V H 不是真实的霍尔电压值。
因为测量霍尔电压的电极A 和A ΄的位置难以做到在一个理想的等势面上，如图4-2所示：因此，当有电流流过样品时，即使不加磁场也会产生附加电压O S V I R =,其中R 为A 和A ΄的两个等势面之间的电阻，V O 的符号只与电流的方向有关，与磁场的方向无关。
实验十四霍尔效应
因此，为了消除副效应的影响，在操作时我们要分别改变 IH 的方向和 B 的方向， 记下四组电势差数据（K1，K2 换向开关“上”为正）：
图 4－14－2
带负电；后者载流子为空穴，相当于带
正电的粒子。由图 4－14－1 可以看出，若载流子为电子则 4 点电位高于 3 点电位，
UH3,4<0；若载流子为空穴则 4 点电位低于 3 点的，电位 UH3,4>0，如果知道载流子类型 则可以根据 UH 的正负定出待测磁场的方向。
由于霍尔效应建立电场所需时间很短（约 10－12—10－14s），因此通过霍尔元件的电
E1
阻器 R1，可以调节 IM 的大小。电源 E2 K1
通过可变电阻 R2（用电阻箱）为霍尔元 R1
件提供电流 IH，当 E2 电源为直流时，用
A
直流毫安表测霍尔电流，用数字万用表
测霍尔电压；当 E2 为交流时，毫安表和 毫伏表都用数字万用表。
E2
K2
R2
mA
mV
K3
半导体材料有 N 型（电子型）和 P 型（空穴型）两种，前者载流子为电子，
实验十四 霍尔效应
实验目的
1．了解霍尔效应的基本原理。 2．学习用霍尔效应测量磁场。 实验仪器 HL—4 霍尔效应仪，稳流电源，稳压 电源，安培表，毫安表，功率函数发生器，
1 IH
特斯拉计，数字万用表，电阻箱等。
3
实验原理
1之中，
磁场 B（沿 z 轴）垂直于电流 IH（沿 x 轴） d 的方向，如图 4－14－1 所示，则在导体中
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霍尔效应实验
【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的关系。
3.测量励磁电流与霍尔电压之间的关系。
4.学会用“对称测量法”消除负效应的影响。
【实验仪器】
QS-H霍尔效应组合仪（电磁铁、霍尔样品、样品架、换向开关和接线柱），小磁针，测试仪。
【实验原理】
1.通过霍尔效应测量磁场
霍尔效应装置如图1和图2所示。
将一个半导体薄片放在垂直于它的磁场中(B的方向沿z轴方向)，当沿y方向的电极、上施加电流I时，薄片内定向移动的载流子(设平均速率为u)受到洛伦兹力F B的作用。
(1)
图1 实验装置图（霍尔元件部分）
图2 电磁铁气隙中的磁场
无论载流子是负电荷还是正电荷，F B的方向均沿着x方向，在洛伦兹力的作用下，载流子发生偏移，产生电荷积累，从而在薄片、两侧产生一个电位差,,形成一个电场E。
电场使载流子又受到一个与方向相反的电场力，
(2)
其中b为薄片宽度，F E随着电荷累积而增大，当达到稳定状态时＝，即
(3)
这时在、两侧建立的电场称为霍尔电场，相应的电压称为霍尔电压，电极、称为霍尔电极。
另一方面，设载流子浓度为n,薄片厚度为d,则电流强度I与u 的关系为：
(4)
由(3)和(4)可得到
(5)
令则
(6)
称为霍尔系数，它体现了材料的霍尔效应大小。
根据霍尔效应制作的元件称为霍尔元件。
在应用中，(6)常以如下形式出现：
(7)
式中称为霍尔元件灵敏度，I称为控制电流。
由式(7)可见，若I、已知，只要测出霍尔电压，即可算出磁场B的大小；并且若知载流子类型(n型半导体多数载流子为电子，P型半导体多数载流子为空穴),则由的正负可测出磁场方向，反之，若已知磁场方向，则可判断载流子类型。
由于霍尔效应建立所需时间很短(10-12~10-14s),因此霍尔元件使用交流电或者直流电都可。
使用交流电时，得到的霍尔电压也是交变的，(7)中的I和应理解为有效值。
2.霍尔效应实验中的负效应
在实际应用中，伴随霍尔效应经常存在其他效应。
例如实际中载流子迁移速率u服从统计分布规律，速度小的载流子受到的洛伦兹力小于霍尔电场作用力，向霍尔电场作用力方向偏转，速度大的载流子受到磁场作用力大于霍尔电场作用力，向洛伦兹力方向偏转。
这样使得一侧高速载流子较多，相当于温度较高，而另一侧低速载流子较多，相当于温度较低。
这种横向温差就是温差电动势
V E，这种现象称为爱廷豪森效应。
这种效应建立需要一定时间，如果采用直流电测量时会给霍尔电压测量带来误差，如果采用交流电，则由于交流变化快使得爱廷豪森效应来不及建立，可以减小测量误差。
此外，在使用霍尔元件时还存在不等位电动势引起的误差，这是因为霍尔电极、不可能绝对对称焊在霍尔片两侧产生的。
由于目前生产工艺水平较高，不等位电动势很小，故一般可以忽略，也可以用一个电位器加以平衡(图-1中电位器R1)。
我们可以通过改变I S和磁场B的方向消除大多数副效应。
具体说在规定电流和磁场正反方向后，分别测量下列四组不同方向的I S和B组合的V BB’,即
然后利用得到霍尔电压平均值，这样虽然不能消除所有的负效应，但其引入的误差不大，可以忽略不计。
电导率测量方法如下图所示。
设B’C间距离为L，样品横截面积为S=bd，流经样品电流为I S，在零磁场下，测得B’C间电压为,根据欧姆定律可以求出材料的电导率。
电导率公式。
【实验内容与步骤】
将测试仪上输出，输出和输入三对接线柱分别与实验台上对应接线柱连接。
打开测试仪电源开关，预热数分钟后开始实验。
1.保持不变，取＝0.450A，取0.50,1.00……,4.50mA，测绘-曲线，计算。
2.保持不变，取＝4.50mA，取0.050,0.100……,0.450A，测绘-曲线。
3.在零磁场下，取=0.1mA，，测。
4.确定样品导电类型，并求载流子浓度n ,迁移率,电导率（1/Ω·cm ）。
【实验数据与处理】 样品尺寸：
长L = 3.21mm 宽b = 4.28mm 厚d = 0.5035mm
实验内容一：在零磁场下测量不等位电势V B’C 的值
选取I S = 0.10 mA ，测量零磁场下不等位电势V B’C 的值（此处填入绝对值）
求出不等位电势 12'2
B C
V V V
+=
=14.39mV
根据公式σ = I s ·L /(V B’C ·b ·d )，计算霍尔元件的电导率σ =0.1⨯0.00321/0.01439⨯0.00428⨯0.0005035 [1/(Ω·m)]=10.3514 [1/(Ω·m)]
实验内容二：测绘U H - I S 曲线
保持电路中的励磁电流I M = 0.450A ，令工作电流I S 从0.50mA 增加到4.50mA ，每隔0.50mA 测量相应的霍尔电压值。
原始数据测量数据表
计算电磁线圈的磁场大小B(T) =0.45⨯0.4920=0.2214T
根据公式R H= V H·d/(I s·B)，计算霍尔系数R H，并判断霍尔元件的载流子类型。
作U H - I S图，斜率为3.0757，因此，
R H = V H·d/(I s·B)=3.0757⨯0.0005035/0.2214=0.0070(m3/C)
根据上表中数据得到U H - I S曲线：（可采用软件绘图，也可坐标纸绘图后拍照附上）
U H - I S图
实验内容三：测绘U H – I M曲线
保持电路中的工作电流I S = 4.50mA，令励磁电流I M从0.050A增加到0.450A，每隔0.050A测量相应的霍尔电压值。
根据上表中数据得到U H – I M曲线：
U H – I M曲线
实验内容四：计算霍尔效应实验的相关值
（1）根据公式n = 1/(R H·e)，计算霍尔元件的载流子浓度n(×1021/m3) n = 1/(R H·e)=1/（0.0070⨯1.6⨯10-19）=8.94⨯10-22（1/m3）（2）根据公式μ = σ·R H，计算霍尔元件的载流子迁移率μ(m2/(V·s))
μ = σ·R H= 10.3514⨯0.0070=0.0725 [m2/（V·S）]【实验结果分析与讨论】
结论：
（1）当励磁电流保持恒定，改变霍尔电流时，测量得到的霍尔电压随霍尔电流的增加而增加，通过作图发现二者之间满足线性关系。
（2）当霍尔电压保持恒定，改变励磁电流时，测量得到的霍尔电压随励磁电流的增加而增加，通过作图发现二者之间也满足线性关系。
误差分析：
（1）地磁场的存在会产生一定的系统误差。
（2）电流的不稳定会导致Is和Im不稳定，由此可能造成一定的随机误差。