霍尔效应及其应用

霍耳效应及其应用

加灰色底纹部分是预习报告必写部分

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，这个现象是霍普金斯大学研究生霍耳于1879年发现的，后被称为霍耳效应。如今霍耳效应不但是测定半导体材料电学参数的主要手段，而且利用该效应制成的霍耳器件已广泛用于非电量的电测量、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耳器件，将有更广泛的应用前景。熟悉并掌握这一具有实用性的实验，对日后的工作将是十分必要的。

【实验目的】

1．了解霍耳效应实验原理以及有关霍耳器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，测量试样的S H I V - 和M H I V -曲线。 3．测量电磁铁空气隙中的磁场分布。

【实验原理】

1．霍耳效应：

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H E 。如图1所示的半导体试样，若在x 方向通以电流S I ，在z 方向加磁场B ，则在y 方向即试样 A A '- 电极两侧就开始聚集异号电荷而产生相应的附加电场。电场的指向取决于试样的导电类型。对图)a ( 1所示的

N 型试样，霍耳电场逆y 方向，)b (的P 型试样则沿y 方向。即有：

)(P 0)Y (E )(N 0)Y (E H H 型型⇒>⇒<

的S 和的方向，若测得的A 'A H 即点点电位高于点的电位，则H 为负，

具有相同的漂移速度得到的，严格一点，如果考虑载流子的速度统计分布，需引入

8

3π

的修

度，称为霍耳灵敏度，单位为。

【实验仪器】

FB510型霍耳效应实验仪 1 套 。

【实验内容】

1． 测定励磁电流和磁感应强度的关系：

测绘M H I ~V 曲线

测量励磁电流M I 与H V 的关系。（测量电磁铁的磁化曲线），把各相应连接线接好，闭合电源开关。1000mA

~0I M

=，

（为了避免学生接线错误，把电磁铁的励磁电流错接到霍尔元件上,仪器设计时,特地用四种不同的多芯插座和专用电缆连接，其中继电器电源用三芯线，霍尔元件工作电流用二芯线，励磁电流用两根香焦插头连接线，霍尔电压与半导体体电阻压降用四芯接线。）调节霍尔传感器位置，使霍尔传感器在电磁铁气隙最外边， 。通常调节霍尔工作电流

S I 1.00mA 3.00mA 为～中的任意一个值。

预热5分钟后，测量霍尔传感器的不等位电压一般mV 3U 0≈ ，该电位可以通过调零旋钮消除（这时候，只有采用正、反方向测量取平均值的方法，才可以抵消调零对实验数据带来的附加影响）。然后调节霍尔传感器位置，使传感器印板上基准线对准刻度尺0cm 处，即传感器处于电磁铁空气隙中心。调励磁电流为0、100、200、300、400、……。记录对应数据并绘制电磁铁磁化曲线。励磁电流方向、霍尔元件工作电流方向、霍尔电压与半导体体电阻压降分别用三个继电器进行切换。 2．测绘S H I V -曲线：

把霍尔传感器位置调节到磁铁空气隙中心，保持M I 绝对值不变，改变S I 的值，S I 取值范围通常为(1.00~3.00mA)。电流方向的切换用继电器控制，（M I 可用实验仪面板左边按钮改变电流方向，而S I 用中间按钮来改变电流方向）；

将实验测量值记入表1中。 3．测绘X B -曲线：

保持S I 、M I 值不变（取S I 1.00mA =，M I 300mA =±），改变X 的值，将测量数据记入表3中。 【数据记录与处理】

表1 测绘M H I V -关系曲线实验数据记录表（固定I S ，改变I M ）

表2 测绘S H I V -关系曲线实验数据记录表（固定I M ，改变I S ） 表3电磁铁气隙沿水平方向的磁场分布数据表格（S I 1mA =，M I 300A m =±）

上表中H

H S

V B=

K I ,其中H K = （已经标记在实验仪器上，记下）