大学物理实验报告系列之霍尔效应

大学物理实验报告

【实验名称】霍尔效应

【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．学习用“对称测量法”消除付效应的影响，测量试样的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

F B= 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产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) E H (Y) <0 (N型)

E H (Y) >0 (P型)

显然，该电场是阻止载流子继续向侧面偏移，当载流子所受的横向电场力H

eE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

d

B

I

R

d

B

I

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

ne

R

H

1

=称为霍尔系数，它是反映材料霍尔效应强弱的重要参数，

)

)

(mA I

M

)

(

1

mv

V)

(

2

mv

V)

(

3

mv

V)

(

4

mv

V

)

(

4

4

3

2

1mv

V

V

V

V

V

H

-

+

-

=

B

I

S

+

+...B

I

S

-

+...B

I

S

+

-...B

I

S

-

-...

0.300 4.18 4.02 3.95 4.18 0.0975 0.400 5.52 5.37 5.30 5.49 0.085 0.500 6.84 6.68 6.67 6.84 0.0825 0.600 8.19 8.04 8.03 8.21 0.0825 0.700 9.55 9.04 9.38 9.55 0.170 0.800 10.90 10.75 10.74 10.92 0.0825

mv

V1.

167

=

σ

mm

d5.0

=mm

l3

=mm

b5

=

T

A

KGS

B364

.0

/

64

.3=

=

由公式c

cm

B

I

d

V

R

S

H

H

/

0549

.0

10

3640

1

10

5.0

04

.0

103

8

4

8=

⨯

⨯

⨯

⨯

=

⨯

=

-

由公式17

19

10

8.8

10

6.1

0549

.0

1

1

-

-

⨯

=

⨯

⨯

=

=

e

R

n

H

由公式63

.

143

10

5.0

5

1.

167

2

3

3

=

⨯

⨯

⨯

⨯

=

=

-

S

V

l

I

S

σ

σ西门子/米

由公式89

.7

63

.

143

0549

.0=

⨯

=

=σ

μ

H

R

【小结与讨论】

(1)了解了霍尔效应实验原理以及有关霍尔器件丢材料的要求的知识，了解到一些物

理量比如说霍尔系数，迁移率，电导率霍尔灵敏度等

(2)如何判别霍尔元件的载流子类型？

讨论知道电流方向一定，载流子的受力方向就一定，载流子会在受力方向积累，然后观测其正负。

2、若霍尔片的法线与磁场方向和磁场不一致，对测量结果有何影响？

磁场只有部分分量有作用，也就是实际磁场小于通电电流应产生的磁场。