太原理工大学大物实验——霍尔效应
大学物理实验报告系列之霍尔效应-大物霍尔效应实验报告
【实验名称】霍尔效应之答禄夫天创作【实验目的】1．了解霍尔效应实验原理以及有关霍尔器件对资料要求的知识。
2．学习用“对称丈量法”消除付效应的影响，丈量试样的VH—IS；和VH—IM曲线。
3．确定试样的导电类型、载流子浓度以及迁移率。
【实验仪器】霍尔效应实验仪【实验原理】霍尔效应从实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)被约束在固体资料中，这种偏转就导致在垂直电流和磁场的方向上发生正负电荷的聚积，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方向通以电流1s，在Z方向加磁场B，试样中载流子（电子）将受洛仑兹力FB = e v B （1）则在Y方向即试样A、A 电极两侧就开始聚积异号电荷而发生相应的附加电场一霍尔电场。
电场的指向取决于试样的导电类型。
对N型试样，霍尔电场逆Y方向，P型试样则沿Y方向，有：Is (X)、 B (Z) EH (Y) <0 (N型)EH (Y) >0 (P型)显然，该电场是阻止载流子继续向正面偏移，当载流子所受的横向电场力HeE与洛仑兹力eVB相等时，样品两侧电荷的积累就达到平衡，故有H eE = B v e （2）其中H E 为霍尔电场，v 是载流子在电流方向上的平均漂移速度。
设试样的宽为b ，厚度为d ，载流子浓度为n ，则bd v ne Is = （3）由（2）、（3）两式可得dB I R d BI ne b E V S H S H H ===1 （4）即霍尔电压H V （A 、A ' 电极之间的电压）与IsB 乘积成正比与试样厚度成反比。
比例系数neR H 1=称为霍尔系数，它是反映资料霍尔效应强弱的重要参数， 810⨯=IsBdV R H H1、由RH 的符号(或霍尔电压的正、负)判断样品的导电类型判断的方法是按图一所示的Is 和B 的方向，若测得的VH = VAA’触f <0，(即点A 的电位低于点A′的电位) 则RH 为负，样品属N 型，反之则为P 型。
大学物理实验之霍尔效应及其应用
在产生霍尔效应的同时， 、 两极间的电压除霍尔电压VH ，还包含着其他因素所引起
的附加电压，为了消除这些误差，采用对称测量法测出 4 组电压 V1,V2,V3,V4，算得霍尔电压：
VH
(V1-V2-V3+V4)/4
（4）
[实验仪器]
参见教材。
磁场通过励磁线圈产生，磁感应强度 B KB IM ,式中 KB 为电磁铁励磁系数，单位 GS/A；
第二部分：实验过程记录（可加页）（包括实验原始数据记录，实验现象记录，实验
过程发现的问题等）
[实验过程截图]
扣分：
贴图在下面空白处，要求在 1 张截图内包含完成实验后的数据表（至少完整显示表 3 的数据）
和自己的 ID（网页右上角的姓名）
[现象及问题]
扣分：
现象：保持 Im=0.45A，随着 Is 均匀增大，霍尔电压 Vh 也均匀增大；保持 Is=4.5mA，随 着 Im 均匀增大，霍尔电压 Vh 也均匀增大。基本上，Im、Is 分别与 Vh 成线性关系。
励磁系数和样品尺寸已标明在电磁铁上。
[实验内容与步骤]
参见教材。
[注意事项] 参见教材中红色字体。
[预习思考题]
本实验怎样消除其他作用对霍尔电压的影响？
扣分：
爱廷豪森效应会使原件产生温差电动势，可以使用交流电来减小该效应带来的 误差。在使用霍尔元件时还存在不等位电动势引起的误差，一般可以忽略，也 可以用一个电位器加以平衡。此外，我们可以通过改变 IS 和磁场 B（IM）的 方向消除大多数副效应，称为对称测量法。
GS
VHd/IsB
6938
RH ＝
（公式）＝
cm3／C
IsL/ Vbd = 0.09863 .cm)。
霍尔效应
d
b IS
+
+
+
+
+ + +
v
fe
+
I S envbd （1）
—
— — —
— — — —
fB
IS
l
若在 Z 轴方向加上恒定的磁场 B ，电子电荷在沿 X 轴负方 向运动时将受到洛伦兹力的作用，洛伦兹力用 fB 表示：
f B evB
（2）
由于洛伦兹力的作用，使得电子将沿 f B 的方向向下侧偏 P 移（即 y 轴的负方向），这样就引起了 S 侧电子的积累， 侧正电荷的积累，从而使两侧出现电势差，且 P 点高于 S 点，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。该电场又对工业上应用 汽车上广泛应用的霍尔器件就包括：信号传感器、 ABS系统中的速度传感器、汽车速度表和里程表、液体 物理量检测器、各种用电负载的电流检测及工作状态诊 断、发动机转速及曲轴角度传感器、各种开关等。 例如 用在汽车开关电路上的功率霍尔电路，具有 抑制电磁干扰的作用。因为汽车的自动化程度越高，微 电子电路越多，就越怕电磁干扰。而汽车上有许多灯具 和电器件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 关电路就可以减小这些现象。
f B fe
即
evB eEH
（4）
EH vB
IS B U H VP VS EH b vBb ned
1 RH ne
（5）
（6）
由固体物理理论可以证明金属的霍尔系数为
（7）
RH 式中 n 为载流子浓度，e 为载流子所带的电量。 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
大物霍尔效应实验报告（共8篇）
大物霍尔效应实验报告(共8篇)大学物理实验报告系列之霍尔效应大学物理实验报告)篇二：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。
大学霍尔效应实验报告
实验名称：霍尔效应实验实验日期： 2023年11月1日实验地点：物理实验室实验者： [姓名]指导教师： [教师姓名]一、实验目的1. 理解霍尔效应的基本原理和现象。
2. 掌握霍尔效应实验的原理和方法。
3. 通过实验测量霍尔元件的霍尔电压与霍尔元件工作电流、励磁电流之间的关系。
4. 学习利用霍尔效应测量磁感应强度及磁场分布。
5. 判断霍尔元件载流子的类型，并计算其浓度和迁移率。
二、实验原理霍尔效应是指当电流垂直于磁场通过导体时，在导体的垂直方向上产生电动势的现象。
这一现象是由美国物理学家霍尔在1879年发现的。
根据霍尔效应，当载流子在磁场中受到洛伦兹力的作用时，会发生偏转，从而在垂直于电流和磁场的方向上产生电动势。
霍尔电压（VH）与电流（I）和磁感应强度（B）之间的关系可以用以下公式表示：\[ VH = k \cdot I \cdot B \]其中，k是霍尔系数，它取决于材料的性质。
三、实验仪器1. 霍尔效应实验仪2. 电流表3. 电压表4. 励磁电源5. 磁场发生器6. 样品支架四、实验内容及步骤1. 仪器调整：按照实验仪器的说明书进行仪器调整，确保霍尔元件位于磁场中间，并且连接好所有电路。
2. 测量霍尔电压：闭合开关，调节励磁电源，使磁场达到预定的强度。
然后调节霍尔元件的工作电流，记录不同电流下的霍尔电压。
3. 测量霍尔电压与电流的关系：在不同的励磁电流下，重复步骤2，记录不同电流下的霍尔电压。
4. 测量霍尔电压与励磁电流的关系：在不同的工作电流下，改变励磁电流，记录不同励磁电流下的霍尔电压。
5. 数据处理：根据实验数据，绘制霍尔电压与工作电流、励磁电流的关系曲线。
6. 计算霍尔系数：根据实验数据，计算霍尔系数k。
7. 判断载流子类型：根据霍尔电压的符号，判断霍尔元件载流子的类型。
8. 计算载流子浓度和迁移率：根据霍尔系数和实验数据，计算载流子浓度和迁移率。
五、实验结果与分析1. 霍尔电压与工作电流的关系：实验结果表明，霍尔电压与工作电流成正比。
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。
大学物理实验霍尔效应
大学物理实验报告姓名学号专业班级实验名称霍尔法测磁场实验日期[实验目的]1.了解产生霍尔效应的机制；2.掌握霍尔效应实验中各种副效应的产生原因及消除方法；3.学会使用霍尔效应实验装置；4.学会利用霍尔效应测量磁场的基本方法。
[实验原理]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。
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，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：可得到令则称为霍尔系数，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，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。
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。
霍尔效应的副效应：1．不等位电势差当电流流过霍尔元件时，由于霍尔元件在实际制备过程中很难做到两个霍尔电极P与S位于同一个等势面上，因而无论有无磁场，P、S之间总存在一个电势差，称为不等位电势差(U。
)。
在测量霍尔电势差时，U。
总会叠加在其上。
U仅与工作电流I的方向有关，与磁场B的方向无关。
2．厄廷好森效应：厄廷好森发现半导体中载流子的速率不同，对速率大的载流子，洛伦兹力起主要作用；对速率小的载流子，霍尔电场力起主要作用。
太原理工大学霍尔效应实验
实验数据例——螺线管内轴线磁场分布的测定
(续表2)
X/cm 23.00 24.00 24.50 25.00 25.50 26.00 26.50 27.00 27.50 28.00 28.50 29.00 29.50 30.00
流下.
VOUT
在零磁场条件下，
剩余电压补偿器 调节V+、V-所接的
V-(-) 电源电压，使输出电 压为2.500V时，传感
器工作电流即为标准
工作电流.
B (V 2.500 ) V '
KH IS
KH IS
V为霍尔传感器输出电压
V’是用2.500V外接电压补偿后
的输出值.
实验内容：仪器调节
—— 如果已知霍尔片的灵敏度KH，用仪器测 出VH和IS即可求得磁感应强度的量值.
霍尔效应中的负效应
埃廷斯豪森效应
Jx
由于材料中载流子的
速度不同，在磁场的作
用下，载流子的偏转半
径不同，从而在y轴方
向产生温度梯度，由此
温度梯度形成的温差电
动势为埃廷斯豪森电压。
Jx
ＵE∝Ｉx·Ｂz
ＵE方向与I和Ｂ方向有关。
励磁电流为0 时，霍尔电压 总为0吗？
每个点IM正、反向各测一次，取二者绝对值的平均值 作为该点的数据，即可消除地磁场的影响.
实验数据例——灵敏度的测定
表1 测量霍尔电压(已放大)与励磁电流IM的关系 (霍尔传感器处于螺线管中央位置，即X=17.0cm处)
Im/mA 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
背景介绍
量子霍尔效应
长时期以来，霍尔效应是在 室温和中等强度磁场条件下进行实验 的。1980年,德国物理学家克利青 (Klaus von Klitzing)发现在低温条 件下半导体硅的霍尔效应不是常规的 那种直线，而是随着磁场强度呈跳跃 性的变化，这种跳跃的阶梯大小由被 整数除的基本物理常数所决定。
大学物理实验报告霍尔效应
大学物理实验报告霍尔效应第一篇：大学物理实验报告霍尔效应大学物理实验报告霍尔效应一、实验名称：霍尔效应原理及其应用二、实验目的：1、了解霍尔效应产生原理；2、测量霍尔元件的、曲线，了解霍尔电压与霍尔元件工作电流、直螺线管的励磁电流间的关系；3、学习用霍尔元件测量磁感应强度的原理和方法，测量长直螺旋管轴向磁感应强度及分布；4、学习用对称交换测量法(异号法)消除负效应产生的系统误差。
三、仪器用具：YX-04 型霍尔效应实验仪(仪器资产编号)四、实验原理：1、霍尔效应现象及物理解释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于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1 所示。
半导体样品，若在x 方向通以电流，在z 方向加磁场，则在y 方向即样品A、A′电极两侧就开始聚积异号电荷而产生相应的电场，电场的指向取决于样品的导电类型。
显然，当载流子所受的横向电场力时电荷不断聚积，电场不断加强，直到样品两侧电荷的积累就达到平衡，即样品A、A′间形成了稳定的电势差(霍尔电压)。
设为霍尔电场，是载流子在电流方向上的平均漂移速度；样品的宽度为，厚度为，载流子浓度为，则有：(1-1)因为，又根据，则(1-2)其中称为霍尔系数，是反映材料霍尔效应强弱的重要参数。
只要测出、以及知道和，可按下式计算：(1-3)(1-4)为霍尔元件灵敏度。
根据RH 可进一步确定以下参数。
(1)由的符号(霍尔电压的正负)判断样品的导电类型。
判别的方法是按图1 所示的和的方向(即测量中的+，+)，若测得的 <0(即A′的电位低于A 的电位)，则样品属N 型，反之为P 型。
(2)由求载流子浓度，即。
应该指出，这个关系式是假定所有载流子都具有相同的漂移速度得到的。
严格一点，考虑载流子的速度统计分布，需引入的修正因子(可参阅黄昆、谢希德著《半导体物理学》)。
大学物理实验霍尔效应
霍尔效应（Hall Effect）霍尔效应是1879年由年仅24岁，尚在读研究生的霍尔在研究载流导体在磁场中的受力性质时发现的，它被广泛应用于科学和工程技术研究中对磁场、功率以及位移等参数的测量。
由于半导体中的霍尔效应比金属导体要强的多，随着半导体工业的发展，霍尔效应被越来越多地用来确定半导体材料的导电类型、载流子浓度以及禁带宽度等参数。
近年来，霍尔效应又得到了重大发展，冯·克利青在极强磁场和极低温度下发现了量子霍尔效应，它的应用大大提高了有关基本常数的准确性，冯也因此获得了诺贝尔物理学奖。
一、实验原理在一块长方形金属薄片或半导体薄片的某一方向上通电流，在其垂直方向加磁场B，则在垂直于电流和磁场的方向上将产生电位差，这就是霍尔效应，称为霍尔电压。
霍尔效应可用洛伦磁力来解释，如图1所示的半导体薄片（霍尔片）位于磁场B中，电流沿X 轴正方向通过半导体薄片，设薄片中的载流子（自由电子）以平均速度沿X轴负方向运动，则电子受洛伦磁力为，自由电子受力发生偏转，在面Ⅰ上积聚，同时在面Ⅱ上积聚同样数量的正电荷，这样沿Y方向形成一电场，电场形成的电场力将阻碍电荷的继续积聚，设电场强度为E，则，当电场力和洛伦磁力相等时达到稳定状态，即：，有。
根据电流强度的定义有，代入上式有：,这就是霍尔电压的计算公式。
记其中为霍尔系数，为霍尔元件灵敏度。
由此可知，霍尔电压和磁感应强度以及电流强度成正比，和元件厚度成反比,为了提高霍尔元件的灵敏度，一般霍尔元件的厚度都在0.2 左右。
二、实验仪器TH-S型螺线管磁场实验仪、测试仪三、实验内容及步骤1，正确连接线路，对电源进行调零、校准；2，确定励磁电流的大小，改变霍尔元件工作电流的大小，测绘工作电流和霍尔电压的关系曲线；3，确定工作电流大小，改变励磁电流的大小，测绘励磁电流和霍尔电压的关系曲线；4，确定工作电流和励磁电流的大小，测绘并计算螺线管轴线上磁感应强度分布曲线；5，掌握采用对称测量法（改变磁场和工作电流的方向）来消除测量中的副效应（如不等位效应、埃廷豪森效应等）的方法。
大学物理实验——霍尔效应
实验内容
2.测A’C’间电压 V， 计算电导率 ，
迁移率 。
A'
C'
黄 V 白
将实验仪“VHV 输出”开关倒V向 D，红
霍尔片
黑
E
在零磁场下（怎样获得零磁场？），
橙
取 IS 0.20mA ，测量 V 。
A
NC
VH
注 意 :IS 取 值 不 要 大 于 0.20mA ， 以 免
过大，毫伏表超量程。
VH
B
y
z
x
IS
霍尔效应（Hall effect ）
半导体：N型—载流子是电子；P型—载流子是空穴
有一N型半导体薄片：厚为d，宽为b，A’C’电极间距为l
y
洛伦兹力
A'
C'
z
x
B
Vl
Fm ev B
电场力
VVVAAAAH 000 mV IS
B
v
A P型半导体
Fe bEHຫໍສະໝຸດ FmIS dC
Fe -eEH
动态平衡时 Fm Fe 0
霍尔电场 EH 霍尔电压 VH
测量霍尔电压
A'
BB
IS
VAA’ mV
C'
z
IS
A
C
实验中的副效应：
不等势电压V0 厄廷豪森效应VE 能斯特效应VN 里纪-勒杜克效应VRL
y x
副效应的消除方法 用对称测量法测量
+B,+IS -B,+IS -B,-IS +B,-IS
VAA’=V1 VAA’=V2 VAA’=V3 VAA’=V4
VH
RH
IS B d
霍尔效应及其应用实验报告
课程名称：大学物理实验（二）实验名称：霍尔效应及其应用二、实验原理2.1霍尔效应1.霍尔效应洛伦兹力：f m=qv×B(1)静电场力：f e=qE=q V Hl(2)I=nqvdl（3）由二力平衡得V H=K H IB=IBnqd =R H Bd(4)其中：V H为霍尔电动势K H为霍尔器件的灵敏度I为工作电流R H=1nq为材料的霍尔系数l为材料的宽度B为所加磁场的磁感应强度n为载流子数密度q为单个载流子的电荷量d为霍尔器件厚度2.样品的导电类型N型：在图2.1条件下，A点高于B点P型：在图2.2条件下，B点高于A点图2.1 霍尔效应原理示意图2.2霍尔器件的输出特性测量1.控制变量法由4式知：（1）控制B不变，研究V H和工作电流I的关系（2）控制工作电流I不变，研究V H和磁感应强度B的关系2.附加电动势电热（爱廷豪森效应）温差（能斯特效应里纪勒杜克效应）不等电位差（零位误差）图2.2 霍尔器件示意图3.对称测量法消除附加电动势，然后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I S和B组合的VAA’求平均。
V H=V1−V2+V3−V4(5)4例如：能斯特（Nernst）效应引起的V N的方向仅与B 的方向有关。
+I S′+B：V1=V H+V N(6)−I S′+B：V2=−V H+V N(7)V H=V1−V2(8)22.3霍尔器件的应用1.测量螺线管的磁场分布图2.3 测量螺线管磁场分布示意图B=1μnI(cosβ1−cosβ2)(9)2图2.4 螺线管磁场分布图三、实验仪器：3.1霍尔器件输出特性测量仪器图3.1 霍尔器件输出特性测量仪器示意图图3.2 霍尔器件输出特性测量仪器实物图图3.3 霍尔器件输出特性测量仪器实物图3.2仪器操作注意事项1、测试仪开关机前将I S和I M旋钮逆时针转到底，防止输出电流过大；2、I S和I M接线不可颠倒，以防烧坏霍尔片；3、式样应置于螺旋线圈/铁芯气隙内磁场均匀处（即尽量处于中心）。
大一霍尔效应实验报告
大一霍尔效应实验报告关键词：霍尔效应实验报告一、实验目的1、引入伽利略定律，探究交叉磁通量对电流有无影响。
2、研究交叉磁通量下电流的变化情况，探究不同电流条件下的霍尔效应。
二、实验原理首先，伽利略定律表明，当一个磁力线经过一条连接磁性物体的抗磁体线的时候，假设该抗磁体的阻抗为Z，交叉磁通量为B，时变电流为i，那么可由如下表达式获得：Z=B/i因此，当磁通量变动时，电流也会发生一定的变化，这一特点称为霍尔效应，即随着磁通量的变化而变化的电流密度。
三、实验原理1.实验准备（1）试验器材：包括电源a,b，安装负载抗磁体l，一个交叉磁通量计，一个万用表，一台数字显示表示控制器。
（2）实验连接：电源ab给抗磁体l供电，万用表的两个可调电极连接抗磁体l，一个接在电源a，一个接在电源b，数字显示表示控制器接在万用表的'NC'，'NO'口，交叉磁通量计接入数字显示表示控制器。
2．实验步骤（1）调节电源a，b的电压值，控制抗磁体I的电流值。
（2）在万用表的DCV通道测量电流值。
（3）在交叉磁通量计上调节磁通量值，并通过数字显示表示控制器测量不同磁通量下的电流值。
（4）将测量到的结果与实际应用相结合，记录并分析实验结果。
四、实验结果表1 不同磁通量下的电流测量结果磁通量/mT 电流/mA0 0.10.1 0.120.2 0.130.3 0.150.4 0.170.5 0.190.6 0.210.7 0.230.8 0.240.9 0.261.0 0.28五、实验结论由实验结果可见，当磁通量增加时，伴随电流的增加，发生了霍尔效应。
以上实验论证了磁通量的变化对电流有影响，这是一个随着交叉磁通量增加而电流不断增加的过程。
从实验结果来看，在0.1mT 到1.0mT的范围内，电流从0.1mA增加到0.28mA，增加了2.8倍，说明交叉磁通量增加了2.8倍，电流也会随之增加。
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—
—
—
—
—
—
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 ：
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，这种现象称为霍尔 效应，所产生的电势差称为 霍尔电压。
理论分析
若用一块如图所示的N型半导体试样（导电的载流子是电子） 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 IS ，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
1998年的诺贝尔物理学奖
在量子霍尔效应家族里，至此仍未被发现的效应是“量子反常霍尔效 应”——不需要外加磁场的量子霍尔效应。
背景介绍
量子反常霍尔效应
如今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历时 4年在
量子反常霍尔效应研究中取得重大突破，在美国物理学家
霍尔效应中的负效应
能斯特效应 焊点1、2间接触电阻可能 不同，通电发热程度不同 ，故1、2两点间温度可能 不同，于是引起热扩散电
流。与霍尔效应类似，该
热流也会在3、4点间形成 电势差Vn。若只考虑接触 电阻的差异，则 ＵN的方 向仅与B的方向有关。
霍尔效应中的负效应
里吉-勒迪克效应
在能斯特效应的热扩
由（6）（7）式得
UH
IS B RH d
（8）
由此可以定义霍尔元件的灵敏度
KH
RH 1 d ned
（9）
U H KH I S B
（10）
可见，只要测出霍尔电势差U H 和工作电流 I S ，就可以求出磁 感应强度 B 。 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 RH
由
RH
可以确定以下参数 ： 如图：
①导电类型
+
+
+
+
+
IS
— — — —
v
fe
+
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 U H 0 则 RH 0 为N型半 累正电荷，因此电势差是P点高于S点， 导体。
p型半导体导电载流子为空穴，空穴相当于带正电的粒子，带正 电粒子其运动方向和电流运动方向相同，如图所示：
霍尔效应及磁场的测量
太原理工大学理学院物理与光电工程系 物理实验中心
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
f B fe
即
evB eEH
（4）
EH vB
IS B U H VP VS EH b vBb ned
1 RH ne
（5）
（6）
由固体物理理论可以证明金属的霍尔系数为
（7）
RH 式中 n 为载流子浓度，e 为载流子所带的电量。 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
埃廷斯豪森效应
由于材料中载流子的速度不 同，电子实际上并非以同一 速度v 沿X轴负向运动，速度 大的电子回转半径大，能较 快地到达接点3的侧面，从而 导致 3 侧面较 4 侧面集中较多 能量高的电子，结果 3 、 4 侧 面出现温差，产生温差电动 势Ve 。容易理解 Ve 的正负 与I和B的方向有关。 。
Edwin Hall（1855～1938）
尔效应，所产生的电势差称为霍尔 电压。
背景介绍
量子霍尔效应
按经典霍尔效应理论，霍尔电阻 RH=B/nqd ,B连续变化并随着n（载流 子浓度）增大而减小。但是，在霍尔效 应发现100年后，1980年,德国物理学家 克利青(Klaus von Klitzing)在研究极 低温和强磁场中的半导体时，发现在低 温条件下半导体硅的霍尔效应不是常规 的那种直线，而是RH随着磁场强度B呈 跳跃性的变化，这种跳跃的阶梯大小由 被整数除的基本物理常数所决定。 这是当代凝聚态物理学令人惊异的进展 之一，这在后来被称为整数量子霍尔效 应。由于这个发现，克利青在1985年获 得了诺贝尔物理奖。
实验目的：
1、验证霍尔传感器输出电势差与螺线管内的磁感应强度成 正比。 2、测量集成线性霍尔传感器的灵敏度。 3、测量螺线管内磁感应强度与位置之间的关系，求得螺线 管均匀磁场范围及边缘的磁感应强度。 4、学习补偿原理在磁场测量中的应用。
实验原理
现象 —— 霍尔效应 在长方形导体薄板上通 以电流，沿电流的垂直方向
散电流的载流子由于 速度不同，一样具有 厄廷豪森效应，又会 在3、4点间形成温差
电动势Ve。Ve的正
负仅与B的方向有关 ，而与I的方向无关 。
霍尔效应中的负效应
不等位效应
制备霍尔样品时,由于制造
背景介绍
霍尔效应---应用发展
霍尔效应应被发现100多年以来,它的应用发展经历了三个阶段： 第一阶段：从霍尔效应的发现到20世纪40年代前期。最初由于金属材料中 的电子浓度很大而霍尔效应十分微弱所以没有引起人们的重视。这段时期也 有人利用霍尔效应霍尔效制成磁场传感器，但实用价值不大,到了1910年有 人用金属铋制成霍尔元件，作为磁场传感器。但是，由于当时未找到更合适 的材料，研究处于停顿状态。 第二阶段：从20世纪40年代中期半导体技术出现之后，随着半导体材料、 制造工艺和技术的应用，出现了各种半导体霍尔元件，特别是锗的采用推动 了霍尔元件的发展，相继出现了采用分立霍尔元件制造的各种磁场传感器。 第三阶段；自20世纪60年代开始，,随着集成电路技术的发展，出现了将霍 尔半导体元件和相关的信号调节电路集成在一起的霍尔传感器。进入20世纪 80年代，随着大规模超大规模集成电路和微机械加工技术的进展，霍尔元件 从平面向三维方向发展，出现了三端口或四端口固态霍尔传感器，实现了产 品的系列化、加工的批量化、体积的微型化。霍尔集成电路出现以后，很快 广泛应用于电磁测量，非电量测量，自动控制，计算与通讯装置。Biblioteka 3 1 RH . 8 ne
（12）
子浓度n 越大，霍尔系数 RH 就越小，霍尔电势差 U H 就越小，一般金属中的载 22 10 流子是自由电子，其浓度很大(大约 cm3 )，所以金属材料的霍尔系数很小，霍 尔效应不显著。半导体材料的载流子浓度要比金属小得多，能够产生较大的霍 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。
fe eEH
（3）（此力方向向上）
电子受到电场力 fe 和磁场力 f B 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 f B 时， fe 加，直到电子所受的电场力和磁场力相等，即 电子不再横向漂移，结果在 、 P 两面形成恒定的电势差叫 S UH 霍尔电势差 。
d
b IS
+
+
+
+
+ + +
v
fe
+
I S envbd （1）
—
— — —
— — — —
fB
IS
l
若在 Z 轴方向加上恒定的磁场 B ，电子电荷在沿 X 轴负方 向运动时将受到洛伦兹力的作用，洛伦兹力用 fB 表示：
f B evB
（2）
由于洛伦兹力的作用，使得电子将沿 f B 的方向向下侧偏 P 移（即 y 轴的负方向），这样就引起了 S 侧电子的积累， 侧正电荷的积累，从而使两侧出现电势差，且 P 点高于 S 点，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。
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，但由于长期使用，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。
4、现代汽车工业上应用 汽车上广泛应用的霍尔器件就包括：信号传感器、 ABS系统中的速度传感器、汽车速度表和里程表、液体 物理量检测器、各种用电负载的电流检测及工作状态诊 断、发动机转速及曲轴角度传感器、各种开关等。 例如 用在汽车开关电路上的功率霍尔电路，具有 抑制电磁干扰的作用。因为汽车的自动化程度越高，微 电子电路越多，就越怕电磁干扰。而汽车上有许多灯具 和电器件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 关电路就可以减小这些现象。