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。
17实验十七霍耳效应
实验十七霍尔效应实验Experiment 17 Hall Effect Experiment1879年德国物理学家霍尔（E. H. Hall）在读研究生期间发现的，通电的板状金属导体，如果在其电流垂直方向上加一水平方向的匀强磁场，因为定向移动的自由电子受到洛仑兹力发生偏转则在导体上下表面间产生一个电势差，这种现象称为霍尔效应，此电势差称为霍尔电势差( Hall voltage)。
当时人们还不知道金属的导电机理，甚至还未发现电子，因此根据霍尔电势差的方向，可以判断出导体载流子的正负（这也正是霍尔当时设计实验的目的）。
这在物理学的发展史上有着重要的作用。
后来发现，半导体的霍尔效应更为显著。
现在它已是研究半导体材料物理和电学性能的最基本、最重要的实验手段之一。
由霍尔效应制成的霍尔元件具有频率响应宽（从直流到微波）、小型、无接触测量、使用寿命长和成本低等优点，因而被广泛地应用在测试、自动化、计算机和信息技术等领域（它的主要不足是受温度的影响比较大）。
用它制成的特斯拉计或磁场测量装置，测量范围可以从10T的强磁场到10－7T的弱磁场，精度从1%到0.01%，既可测量直流磁场也可测量交流磁场，还可测量脉宽为ms到μs的脉冲磁场。
实验目的Experimental purpose1．了解产生霍尔效应的机制。
2．学习用―对称法‖消除副效应的影响。
3．学会用霍尔元件测量磁场及其分布的基本方法。
4．学会用霍尔效应仪测量霍尔元件的霍尔系数。
实验原理Experimental principle霍尔效应是运动的载流子在磁场中受到洛仑兹力发生偏转而产生的，利用霍尔效应原理制作出来的电子元件统称为霍尔元件，本实验所用的霍尔元件是一个长方形的均匀半导体薄片，称为霍尔片。
如图1所示，图1霍尔效应示意图设霍尔元件是由ｎ型（即参加导电的多数载流子是电子）半导体材料制成的。
其长为l 、宽为ｂ、厚度为ｄ。
如果在M 、N 两端按图示加一稳定电压，则有恒定电流Ｉ沿X 轴方向通过霍尔元件，假定电流Ｉ是由沿X 轴以速度v 运动的电子构成的，电子的电荷为e ，而自由电子的浓度为n ，则霍尔片的工作电流Ｉ(Transverse current )可表示为evbdn dt dQ I -== (1)若在ｚ轴方向加上恒定磁场B (Magnetic field)，沿负X 轴运动的电子就会受到洛仑兹力B f 的作用evB f B -= (2)B f 的方向指向负Y 轴，于是，霍尔元件内部的电子沿着虚曲线运动并聚积在下方平面。
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。
实验报告 霍尔效应
实验报告霍尔效应一、实验目的1、了解霍尔效应的基本原理。
2、掌握用霍尔效应法测量磁场的原理和方法。
3、学会使用霍尔效应实验仪器，测量霍尔电压、电流等物理量。
二、实验原理1、霍尔效应将一块半导体薄片置于磁场中，当在薄片的纵向通以电流时，在薄片的横向两侧会产生一个电位差，这种现象称为霍尔效应。
这个电位差称为霍尔电压，用＄U_H$ 表示。
霍尔电压的产生是由于运动的载流子在磁场中受到洛伦兹力的作用而发生偏转，在薄片的两侧积累了正负电荷，从而形成了电场。
当电场力与洛伦兹力达到平衡时，电荷的积累停止，霍尔电压达到稳定值。
2、霍尔电压的计算设半导体薄片的厚度为＄d$，载流子的浓度为＄n$，电流为＄I$，磁感应强度为＄B$，则霍尔电压＄U_H$ 可以表示为：＼U_H ＝＼frac{1}｛nq}IBd\其中，＄q$ 为载流子的电荷量。
3、测量磁场如果已知半导体薄片的参数（如载流子浓度＄n$、薄片厚度＄d$）以及通过的电流＄I$，测量出霍尔电压＄U_H$，就可以计算出磁感应强度＄B$：＼B ＝＼frac{nqdU_H}｛I}＼三、实验仪器1、霍尔效应实验仪，包括霍尔元件、电磁铁、电源、电压表、电流表等。
2、特斯拉计，用于测量磁场强度。
四、实验步骤1、连接实验仪器按照实验电路图连接好霍尔效应实验仪的各个部分，确保连接正确无误。
2、调整磁场打开电磁铁电源，逐渐增加电流，使磁场强度逐渐增大。
使用特斯拉计测量磁场强度，并记录下来。
3、测量霍尔电压（1）保持磁场强度不变，改变通过霍尔元件的电流＄I$，分别测量不同电流下的霍尔电压＄U_H$，记录数据。
（2）保持电流＄I$ 不变，改变磁场强度，测量不同磁场强度下的霍尔电压＄U_H$，记录数据。
4、数据处理（1）根据测量的数据，绘制霍尔电压＄U_H$ 与电流＄I$ 的关系曲线。
（2）绘制霍尔电压＄U_H$ 与磁场强度＄B$ 的关系曲线。
（3）根据实验原理中的公式，计算出半导体薄片的载流子浓度＄n$ 和薄片厚度＄d$。
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。
实验十四霍尔效应
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．霍尔效应若将通有电流的导体置于磁场 B 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，则在导体中垂直于 B 和 IH 的方向上出现一个横向电位 差 UH，这个现象称为霍尔效应。
这一效应对金属来说并不显著，但对FBFE+vb 2图 4－14－14 B半导体非常显著。
霍尔效应可以测定载流子浓度及载流子迁移率等重要参数，以及判断材料的导电类型，是研究半导体材料的重要手段。
还可以用霍尔效应测量直流或交流电路中的电流强度和功率以及把直流电流转成交流电流并对它进行调制、放大。
用霍尔效应制作的传感器广泛用于磁场、位置、位移、转速的测量。
霍尔电势差是这样产生的：当电流 IH 通过霍尔元件（假设为 P 型）时，空穴有一定的漂移速度 v，垂直磁场对运动电荷产生一个洛沦兹力FB = q(v × B)（4－14－1）式中 q 为电子电荷。
洛沦兹力使电荷产生横向的偏转，由于样品有边界，所以有些偏转的载流子将在边界积累起来，产生一个横向电场 E，直到电场对载流子的作用力 FE=qE与磁场作用的洛沦兹力相抵消为止，即q(v × B) = qE（4－14－2）这时电荷在样品中流动时将不再偏转，霍尔电势差就是由这个电场建立起来的。
如果是 N 型样品，则横向电场与前者相反，所以 N 型样品和 P 型样品的霍尔电势 差有不同的符号，据此可以判断霍尔元件的导电类型。
设 P 型样品的载流子浓度为 p，宽度为 b，厚度为 d。
通过样品电流 IH＝pqvbd，则空穴的速度 v＝IH／pqvbd，代入（4－14－2）式有E = v× B = IHB pqbd（4－14－3）上式两边各乘以 b，便得到UH=Eb =IH B pqd=RHIH B d（4－14－4）RH=1 pq称为霍尔系数。
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》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。
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。
霍尔效应实验
、S 两面形成恒定的电势差U
整理课件
H
叫
fB fe
EH vB
即 evBeEH （4）
（5）
U HV PV SE H bvB bn IS eB d
（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。R H
是一常量，仅与导体材料有关，它是反映材料霍
为0～1A为电磁铁提供电流的励磁电流源。两组电流源 相互独立。两路输出电流大小均连续可调，其值可通过 “测量选择”键由同一数字电流表进行测量，向里按
“旋测钮I M 量选和择I M”调测节旋，钮放。出键I S来测 。电流源I 上S 有 调节
直流数字电压表用于测量霍尔电压，本实验只读霍 尔电压、所以将中间闸刀开关拨向上面即可。当显示屏 上的数字前出现“—”号时，表示被测电压极性为负值。
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 P
霍尔电势差。
由表1数据作图
UH mV
图1
整理课件
IS mA
由表2数据作图
UH mV
图2
整理课件 IM A
由图1求斜率：
如 K5.61 (m V m A)
UH KHISB
UH IS
KHBKHIMB0
(BIMB0)
（
IM
0.700A，B0
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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。
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）
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
fB fe
EH vB
即 evB eEH （4）
（5）
UH
VP
VS
EH b
vBb
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
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
UH KH IS B
（8） （9） （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
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
1 4
(U1
U
2
U3
U4)
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：
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。
fB evB（2）
由于洛伦兹力的作用，使得电子将沿 fB 的方向向下侧偏
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，
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
斜率就是 KH B 。由公式（9）可求得 RH
由 RH 可以确定以下参数 ：
①导电类型 如图：
+++ + + +
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：
（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
— — — — — —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
0ห้องสมุดไป่ตู้
则
RH 0 ，所以是p
②求载流子浓度
n 1 RH e
（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 ：
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
IS envbd（1） b IS
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
4、学习一种消除系统误差的方法——对称测量法。
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。
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
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——对称测量法
IS , B U1 UH U0 U E U N U RL
IS ,B IS ,B
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。
霍尔效应实验
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 IS及霍尔电压 UH 与励磁电流IM之间的关系；（即 U H IS ，UH IM ）
3、掌握用作图法求霍尔系数RH 的方法，由 RH 符号或 霍尔电压的正负判断样品的导电类型,并求出载流子 浓度;