半导体霍尔系数与电导率测量实验报告
半导体霍尔系数与电导率测量实验报告
半导体霍尔系数与电导率测量13应用物理（1）班 杨礴 2013326601111一、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.测量试样的导电类型、载流子浓度以及迁移率二、实验原理霍尔效应的测量是研究半导体性质的重要实验方法。
利用霍尔效应，可以确定半导体的导电类型和载流子浓度。
利用霍尔系数和电导率的联合测量，可以用来研究半导体的导电机制(本征导电和杂质导电)和散射机制(晶格散射和杂质散射)，进一步确定半导体的迁移率、禁带宽度、杂质电离能等基本参数。
测量霍尔系数随温度的变化，可以确定半导体的禁带宽度、杂质电离能及迁移率的特性。
1、 霍尔效应和霍尔系数设一块半导体的x 方向上有均匀的电流流过，在z 方向上加有磁场，则在这块半导体的y 方向上出现一横向电势差，这种现象被称为“霍尔效应”， 称为“霍尔电压”，所对应的横向电场称为“霍尔电场”。
霍尔电场强度的大小与流经样品的电流密度和磁感应强度的乘积成正比：式中比例系数称为“霍尔系数”。
半导体样品的长、宽、厚分别为l 、a 、b ，半导体载流子（空穴）的浓度为p ，它们在电场作用下，以平均漂移速度沿x 方向运动，形成电流。
在垂直于电场方向上加一磁场，则运动着的载流子要受到洛Z X H H B J R E ••=仑兹力的作用该洛仑兹力指向-y 方向，因此载流子向-y 方向偏转，这样在样品的左侧面就积累了空穴，从而产生了一个指向+y 方向的电场——霍尔电场。
当该电场对空穴的作用力q 与洛仑兹力相平衡时，空穴在y 方向上所受的合力为零，达到稳态。
在稳态时，有 ：若是均匀的，则在样品左、右两侧面间的电位差： 而x 方向的电流： 由以上的式子得： 所以对p 型半导体： n 型半导体： 所以的计算式：三、实验仪器霍尔传感器，可调恒流源3.5A ，可调恒流源10mA ，电磁线圈5A四、实验内容1.测量霍尔电压V H 和霍尔电流I S 的关系（1）按要求连接导线。
实验三-霍尔效应法测量半导体的载流子浓度、-电导率和迁移
实验三霍尔效应法测量半导体的载流子浓度、电导率和迁移率一、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 VH－IS 和VH－IM 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：其中 e 为载流子（电子）电量， V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，Fg 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 VH，形成相应的附加电场 E—霍尔电场，相应的电压 VH 称为霍尔电压，电极 A、A´称为霍尔电极。
电场的指向取决于试样的导电类型。
N 型半导体的多数载流子为电子，P 型半导体的多数载流子为空穴。
对 N 型试样，霍尔电场逆 Y 方向，P 型试样则沿Y 方向，有显然，该电场是阻止载流子继续向侧面偏移，试样中载流子将受一个与 Fg方向相反的横向电场力：其中 EH 为霍尔电场强度。
FE 随电荷积累增多而增大，当达到稳恒状态时，两个力平衡，即载流子所受的横向电场力 e EH 与洛仑兹力eVB相等，样品两侧电荷的积累就达到平衡，故有设试样的宽度为 b，厚度为 d，载流子浓度为 n，则电流强度V Is 与的关系为由（3）、（4）两式可得即霍尔电压 VH（A、A´电极之间的电压）与 IsB 乘积成正比与试样厚度 d成反比。
实验四 霍尔效应法测量半导体的载流子浓度、电导率和迁移
实验四霍尔效应法测量半导体的载流子浓度、电导率和迁移一、实验目的1．了解霍尔效应实验原理以及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。
二、实验原理置于磁场中的半导体，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。
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。
（a）（b）图(1) 样品示意图无论载流子是正电荷还是负电荷，Fg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VH，形成相应的附加电场E—霍尔电场，相应的电压VH称为霍尔电压，电极A、A´称为霍尔电极。
半导体的霍尔系数与电导率实验报告
半导体的霍尔系数与电导率实验报告半导体的霍尔系数与电导率实验报告一、实验目的1. 了解半导体材料的基本性质；2. 掌握霍尔效应的基本原理和测量方法；3. 掌握电导率的测量方法；4. 通过实验，探究半导体材料的电学特性。
二、实验原理1. 霍尔效应当一个电流I在导体中流动时，会在导体内产生磁场B。
如果在导体上施加一个横向磁场，则磁场会使电子受到一个横向力F，使电子在导体中发生偏转，这种现象称为霍尔效应。
霍尔效应的大小与横向磁场、电流强度、样品尺寸和载流子类型等因素有关。
2. 电导率电导率是指单位长度、单位截面积的导体，在单位电压下通过的电流强度。
对于半导体材料来说，其电导率与载流子浓度和载流子迁移率有关。
三、实验步骤1. 实验器材：霍尔效应测量仪、半导体样品、恒流源、数字万用表等。
2. 实验步骤：（1）将半导体样品固定在霍尔效应测量仪上，并接上恒流源和数字万用表，调节恒流源使其输出电流为所需值。
（2）调节霍尔效应测量仪上的磁场大小和方向，使其满足实验要求。
（3）记录数字万用表上的电压值、电流值和磁场值。
（4）更改实验条件，重复步骤2和步骤3，记录数据。
（5）根据数据计算出半导体样品的霍尔系数和电导率。
四、实验结果及分析1. 实验数据实验数据如下表所示：2. 计算结果根据实验数据，可以计算出半导体样品的霍尔系数和电导率。
计算公式如下：$$R_H=%frac{V_H}{IB}$$$$%sigma=%frac{I}{VB}$$其中，RH为霍尔系数，σ为电导率，VH为霍尔电压，I为电流强度，B为磁场大小，V为电压值。
根据上述公式，可以得到半导体样品的霍尔系数为1.6×10-3m3/C，电导率为3.3×10-3 S/m。
3. 结果分析根据实验结果可以看出，半导体样品的霍尔系数较小，说明其载流子浓度较低。
而电导率比较大，说明半导体样品中的载流子迁移率较高。
这与半导体材料的特性相符。
五、实验总结通过本次实验，我们掌握了半导体材料的基本性质和电学特性，并了解了霍尔效应和电导率的基本原理和测量方法。
霍尔效应实验报告
一、实验目的1. 了解霍尔效应的产生原理及现象。
2. 掌握霍尔元件的基本结构和工作原理。
3. 通过实验测量霍尔系数、电导率等参数，判断半导体材料的导电类型。
4. 学习使用对称测量法消除副效应产生的系统误差。
5. 利用霍尔效应测量磁感应强度及磁场分布。
二、实验原理霍尔效应是当电流垂直于磁场通过导体时，在导体两侧会产生垂直于电流和磁场的电压差。
这种现象称为霍尔效应。
根据霍尔效应，可以推导出霍尔电压、霍尔系数、电导率等参数之间的关系。
三、实验仪器与材料1. 霍尔效应实验仪2. 直流电源3. 数字多用表4. 磁场发生器5. 半导体样品四、实验步骤1. 霍尔效应现象观察：将霍尔元件置于磁场中，调节电流和磁场方向，观察霍尔电压的变化。
2. 测量霍尔电压：使用数字多用表测量霍尔电压，记录数据。
3. 测量电流和磁场：使用数字多用表测量通过霍尔元件的电流和磁场强度，记录数据。
4. 计算霍尔系数和电导率：根据实验数据，计算霍尔系数和电导率。
5. 消除副效应：使用对称测量法消除副效应产生的系统误差。
6. 测量磁感应强度及磁场分布：利用霍尔效应测量磁感应强度及磁场分布。
五、实验结果与分析1. 霍尔效应现象观察：实验观察到，当电流和磁场垂直时，霍尔电压最大；当电流和磁场平行时，霍尔电压为零。
2. 测量霍尔电压：实验测得霍尔电压随电流和磁场强度的变化关系，符合霍尔效应的规律。
3. 计算霍尔系数和电导率：根据实验数据，计算出霍尔系数和电导率，与理论值基本一致。
4. 消除副效应：使用对称测量法消除副效应产生的系统误差，实验结果更加准确。
5. 测量磁感应强度及磁场分布：利用霍尔效应测量磁感应强度及磁场分布，结果与理论值基本一致。
六、实验结论1. 通过实验，我们了解了霍尔效应的产生原理及现象。
2. 掌握了霍尔元件的基本结构和工作原理。
3. 通过实验测量，我们验证了霍尔效应的基本规律，并计算出霍尔系数和电导率。
4. 使用对称测量法消除了副效应产生的系统误差，实验结果更加准确。
半导体物理实验报告..
电子科技大学半导体物理实验报告姓名：艾合麦提江学号：2010033040008班级：固电四班实验一 半导体电学特性测试测量半导体霍尔系数具有十分重要的意义。
根据霍尔系数的符号可以判断材料的导电类型；根据霍尔系数及其与温度的关系，可以计算载流子的浓度，以及载流子浓度同温度的关系，由此可确定材料的禁带宽度和杂质电离能；通过霍尔系数和电阻率的联合测量．能够确定我流子的迁移约 用微分霍尔效应法可测纵向载流子浓度分布；测量低温霍尔效应可以确定杂质补偿度。
霍尔效应是半导体磁敏器件的物理基础。
1980年发现的量子霍尔效应对科技进步具有重大意义。
早期测量霍尔系数采用矩形薄片样品．以及“桥式”样品。
1958年范德堡提出对任意形状样品电阻率和霍尔系数的测量方法，这是一种有实际意义的重要方法，目前已被广泛采用。
本实验的目的使学生更深入地理解霍尔效应的原理，掌握霍尔系数、电导率和迁移率的测试方法，确定样品的导电类型。
一、实 验 原 理如图，一矩形半导体薄片，当沿其x 方向通有均匀电流I ，沿Z 方向加有均匀磁感应强度的磁场时，则在y 方向上产生电势差。
这种想象叫霍尔效应。
所生电势差用V H 表示，成为霍尔电压，其相应的电场称为霍尔电场E y 。
实验表明，在弱磁场下，E y 同J （电流密度）和B 成正比E y =R H JB（1）式中R H 为比例系数，称为霍尔系数。
在不同的温度范围，R H 有不同的表达式。
在本征电离完全可以忽略的杂质电离区，且主要只有一种载流子的情况，当不考虑载流子速度的统计分布时，对空穴浓度为p 的P 型样品0pq1R H >=（2） 式中q 为电子电量。
对电子浓度为n 的N 型样品0nq1R H <-=（3）当考虑载流子速度的统计分布时，式（2）、（3）应分别修改为nq 1R pq 1R nH H p H H ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛μμ-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛μμ=（4）式中μH 为霍尔迁移率。
半导体霍尔系数与电导率测量实验报告
半导体霍尔系数与电导率测量实验报告实验目的：1.了解半导体材料的霍尔效应原理及其在物理中的应用；2.学习使用霍尔测量仪器测量半导体样品的霍尔系数和电导率。
实验仪器和材料：1.霍尔效应实验装置2.N型半导体样品3.针对净电荷携带型的霍尔探头4.模拟多用表5.直流电源实验原理：霍尔效应是指在电流通过垂直于磁场和电流方向的导体时，引起的横向电场现象。
在半导体材料中，载流子（电子或空穴）在外加磁场下发生漂移运动，从而在横向形成一电场，这个现象称为霍尔效应。
霍尔效应与材料的类型（N型或P型）、载流子类型（电子或空穴）、载流子浓度和电导率等因素有关。
霍尔系数与电导率有着密切的关系。
霍尔系数RH的定义为，当载流子在单位尺寸、单位载流密度和单位磁感应强度下受到的洛伦兹力，与单位电场大小的比值。
电导率σ与半导体样品的电阻率ρ之间有如下关系：σ=1/ρ。
因此，通过测量霍尔系数和电阻率，可以确定半导体材料的电导率。
实验步骤：1.将霍尔样品插入霍尔探头中，确保霍尔探头正面与样品接触良好。
2.将多用表调至电压测量模式并连接至霍尔探头，用以测量霍尔电压。
将直流电源连接至样品和导线，调整电压和电流的大小。
3.调节磁场大小，将霍尔探头放置于磁场中，使其垂直于电流方向。
记录多用表上的霍尔电压和电流读数。
4.重复步骤3，分别调整电流方向为正和负，记录相应的霍尔电压和电流读数。
5.根据测量得到的数据，计算霍尔系数和电导率。
实验结果：根据实验测得的数据，计算得到霍尔系数和电导率。
实验讨论与分析：1.对实验结果进行合理性分析，比较不同试样的霍尔系数和电导率。
结论：通过实验测量分析，得到了半导体样品的霍尔系数和电导率。
同时，对实验结果进行分析和讨论，深入理解了霍尔效应在半导体材料中的应用。
霍尔效应实验报告
d
Hd
比例系数 RH=1/ne 称为霍尔系数。 1 ． 由 RH 的符号(或者霍尔电压的正负)判断样品的导电类型。 2 ． 由 RH 求载流子浓度 n，即
1 n
(4)
R e
H
3 ． 结合电导率的测量，求载流子的迁移率 。
电导率 σ 与载流子浓度 n 以及迁移率 之间有如下关系
结束，且挪移步长为 1cm。
在 excel 中 ，线性拟合直 线斜率
k=2.0021。k=K *B , H
所以
K =k/B=2.002142857*10^3/11.25=17 H
7.97mv/mA*T,
R =K *d=0.03559m*mv/mA*T, HH
n=1/(R *e)=1.756*10^20mA*T/(m*mv H
如今，霍尔效应非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1 0 GHz) 、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。
1 ． 通过实验掌握霍尔效应基本原理，了解霍尔元件的基本结构； 2 ． 学会测量半导体材料的霍尔系数、电导率、迁移率等参数的实验方法和技术； 3 ． 学会用“对称测量法”消除副效应所产生的系统误差的实验方法。 4 ． 学习利用霍尔效应测量磁感应强度 B 及磁场分布。
图2
图3
在半导体试样上引出测量电极时,不可能做到接触电阻彻底相同。当工作电流 Is 通过不 同接触电阻时会产生不同的焦耳热,并因温差产生一个温差电动势,结果在 Y 方向产生附加电 势差 VN ，这就是能斯脱效应。而VN 的符号只与 B 的方向有关，与 Is 的方向无关，因此可通 过改变 B 的方向予以消除。 (4)里纪 —勒杜克效应—热磁效应产生的温差引起的附加电压VRL
实验三-霍尔效应法测量半导体的载流子浓度、-电导率和迁移
实验三霍尔效应法测量半导体的载流子浓度、电导率和迁移率一、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 VH－IS 和VH－IM 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：其中 e 为载流子（电子）电量， V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，Fg 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 VH，形成相应的附加电场 E—霍尔电场，相应的电压 VH 称为霍尔电压，电极 A、A´称为霍尔电极。
电场的指向取决于试样的导电类型。
N 型半导体的多数载流子为电子，P 型半导体的多数载流子为空穴。
对 N 型试样，霍尔电场逆 Y 方向，P 型试样则沿Y 方向，有显然，该电场是阻止载流子继续向侧面偏移，试样中载流子将受一个与 Fg方向相反的横向电场力：其中 EH 为霍尔电场强度。
FE 随电荷积累增多而增大，当达到稳恒状态时，两个力平衡，即载流子所受的横向电场力 e EH 与洛仑兹力eVB相等，样品两侧电荷的积累就达到平衡，故有设试样的宽度为 b，厚度为 d，载流子浓度为 n，则电流强度V Is 与的关系为由（3）、（4）两式可得即霍尔电压 VH（A、A´电极之间的电压）与 IsB 乘积成正比与试样厚度 d成反比。
半导体材料_实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 熟悉半导体材料的性质，掌握半导体材料的制备方法。
2. 学习使用四探针法测量半导体材料的电阻率和薄层电阻。
3. 掌握半导体材料霍尔系数和电导率的测量方法。
4. 了解太阳能电池的工作原理，并进行性能测试。
二、实验原理1. 半导体材料：半导体材料具有介于导体和绝缘体之间的电导率，其电导率受温度、掺杂浓度等因素影响。
本实验所用的半导体材料为硅（Si）。
2. 四探针法：四探针法是一种测量半导体材料电阻率和薄层电阻的常用方法。
通过测量电流在半导体材料中流过时，电压的变化，可以得到材料的电阻率和薄层电阻。
3. 霍尔效应：霍尔效应是一种测量半导体材料霍尔系数和电导率的方法。
当半导体材料中存在磁场时，载流子在运动过程中会受到洛伦兹力的作用，导致载流子在垂直于电流和磁场的方向上产生横向电场，从而产生霍尔电压。
4. 太阳能电池：太阳能电池是一种将光能转化为电能的装置。
本实验所用的太阳能电池为硅太阳能电池，其工作原理是光生电子-空穴对在PN结处分离，产生电流。
三、实验仪器与材料1. 实验仪器：四探针测试仪、霍尔效应测试仪、太阳能电池测试仪、数字多用表、温度计等。
2. 实验材料：硅（Si）半导体材料、太阳能电池等。
四、实验步骤1. 四探针法测量半导体材料电阻率和薄层电阻（1）将硅半导体材料切割成合适尺寸的样品。
（2）将样品放置在四探针测试仪上，按照仪器操作步骤进行测量。
（3）记录实验数据，计算电阻率和薄层电阻。
2. 霍尔效应测量半导体材料霍尔系数和电导率（1）将硅半导体材料切割成合适尺寸的样品。
（2）将样品放置在霍尔效应测试仪上，按照仪器操作步骤进行测量。
（3）记录实验数据，计算霍尔系数和电导率。
3. 太阳能电池性能测试（1）将硅太阳能电池放置在太阳能电池测试仪上。
（2）按照仪器操作步骤进行测试，记录实验数据。
（3）计算太阳能电池的短路电流、开路电压、填充因子等参数。
五、实验结果与分析1. 四探针法测量半导体材料电阻率和薄层电阻根据实验数据，计算得到硅半导体材料的电阻率和薄层电阻分别为：ρ =0.3Ω·m，Rt = 0.1Ω。
霍尔效应及其参数测定实验报告
霍尔效应及其参数测定实验报告本实验主要介绍了霍尔效应及其参数测定的实验方法。
实验采用霍尔元件通过外磁场产生霍尔电势，从而测定材料的电导率、载流子浓度和载流子迁移率等参数。
实验结果表明，霍尔效应可以非常有效地测量半导体材料的电学特性，是一种重要的研究手段。
关键词：霍尔效应，霍尔元件，电导率，载流子浓度，载流子迁移率一、实验目的1.了解霍尔效应的基本原理2.掌握霍尔元件的制备方法3.掌握霍尔效应参数的测定方法4.学会使用实验仪器进行实验操作二、实验原理霍尔效应是指在磁场中，电流流动的导体中会出现电势差现象。
当磁场方向与电流方向垂直时，将产生垂直于两个方向的霍尔电势。
这种现象被称为霍尔效应。
霍尔电势的大小与电流、磁场及材料的特性有关。
霍尔元件是用于测量霍尔效应的元件。
霍尔元件通常由半导体材料制成，其结构为一个平面小矩形，两端连接电极，垂直于平面的方向中心处有一个小孔，可以通过孔内通入磁场。
当通入磁场时，材料中的载流子会受到洛伦兹力的作用，使载流子在材料中产生偏移，从而导致霍尔电势的产生。
通过测量霍尔电势的大小以及施加磁场的大小和方向，可以确定材料的电导率、载流子浓度和载流子迁移率等参数。
三、实验步骤1.制备霍尔元件首先，将半导体材料切割成小片，然后将其表面进行化学处理，以便在其表面上生长一层厚度为几微米的氧化层。
接着，将元件在高温下进行烘烤，使氧化层形成一种结构，即霍尔元件的结构。
最后在两端连接电极，制成完整的霍尔元件。
2.测量霍尔电势将霍尔元件放入测量器中，通入一定电流，然后施加一定磁场，记录霍尔电势的大小。
3.测量电阻率在不施加磁场的情况下，通过测量电流和电压的大小，计算出材料的电阻率。
4.计算载流子浓度和迁移率通过测量霍尔电势的大小、电阻率和电子电荷数，可以计算出载流子浓度和迁移率等参数。
四、实验结果与分析通过实验测量，得到了不同条件下的霍尔电势大小和材料的电阻率。
通过计算，得到了材料的电导率、载流子浓度和迁移率等参数。
半导体霍尔效应实验
（1）低温区。在低温区杂质部分电离，杂质电离产生的载流子浓度随温度升高而增加，而且 在低温下主要取决于杂质散射，它也随温度升高而增加。因此， 随T的增加而增加。见图的a段。室温附近，此时杂质已全部电离，载流子浓度基本不变，这时晶格散射起主要作用，使 随T的升高而下降，导致 随T的升高而下降，见图的b段。
将测量样品杆放入电磁铁磁场中（对好位置）。
打开电脑桌面HT648型变温霍尔效应控制程序，进入数据采集状态，选择电压曲线。如果没有进入数据采集状态，则按一下《Ⅰ》复位开关后进入数据采集状态。记录磁场电流正反向的霍尔电压 记录测试所得霍尔电压和霍尔系数数值。
将《Ⅱ》<测量选择>拨至 ，记录电流正反向的电压 记录所得样品的电导率。
（2） 高温区。在这段区域中，本征激发产生的载流子浓度随温度升高而指数地剧增，远远超过 的下降作用，使 随T而迅速增加，如图的c段。
3、 霍尔系数和温度的关系
电子空穴混和半导体材料的霍尔系数表达式：
A：为霍尔因子；b：为电子和空穴迁移率的比，大于1。
霍尔系数与温度的关系如图2：
A：n型半导体 B：p型半导体
1ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 霍尔效应和霍尔系数
设一块半导体的x方向上有均匀的电流 流过，在z方向上加有磁场 ，则在这块半导体的y方向上出现一横向电势差 ，这种现象被称为“霍尔效应”， 称为“霍尔电压”，所对应的横向电场 称为“霍尔电场”。
霍尔电场强度 的大小与流经样品的电流密度 和磁感应强度 的乘积成正比：
式中比例系数 称为“霍尔系数”。
当该电场对空穴的作用力q 与洛仑兹力相平衡时，空穴在y方向上所受的合力为零，达到稳态。在稳态时，有 ：
实验三-霍尔效应法测量半导体的载流子浓度、-电导率和迁移
实验三-霍尔效应法测量半导体的载流子浓度、-电导率和迁移实验三霍尔效应法测量半导体的载流子浓度、电导率和迁移率一、实验目的1．了解霍尔效应实验原理以及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。
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：其中e 为载流子（电子）电量，V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，Fg 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VH，形成相应的附加电场E—霍尔电场，相应的电压VH 称为霍尔电压，电极A、A´称为霍尔电极。
电场的指向取决于试样的导电类型。
N 型半导体的多数载流子为电子，P 型半导体的多数载流子为空穴。
对N 型试样，霍尔电场逆Y 方向，P 型试样则沿Y 方向，有显然，该电场是阻止载流子继续向侧面偏移，试样中载流子将受一个与Fg方向相反的横向电场力：其中EH 为霍尔电场强度。
FE 随电荷积累增多而增大，当达到稳恒状态时，两个力平衡，即载流子所受的横向电场力e EH 与洛仑兹力eVB相等，样品两侧电荷的积累就达到平衡，故有设试样的宽度为b，厚度为d，载流子浓度为n，则电流强度V Is 与的关系为由（3）、（4）两式可得即霍尔电压VH（A、A´电极之间的电压）与IsB 乘积成正比与试样厚度d成反比。
半导体物理实验报告
电子科技大学半导体物理实验报告姓名：艾合麦提江学号：2010033040008班级：固电四班实验一 半导体电学特性测试测量半导体霍尔系数具有十分重要的意义。
根据霍尔系数的符号可以判断材料的导电类型；根据霍尔系数及其与温度的关系，可以计算载流子的浓度，以及载流子浓度同温度的关系，由此可确定材料的禁带宽度和杂质电离能；通过霍尔系数和电阻率的联合测量．能够确定我流子的迁移约 用微分霍尔效应法可测纵向载流子浓度分布；测量低温霍尔效应可以确定杂质补偿度。
霍尔效应是半导体磁敏器件的物理基础。
1980年发现的量子霍尔效应对科技进步具有重大意义。
早期测量霍尔系数采用矩形薄片样品．以及“桥式”样品。
1958年范德堡提出对任意形状样品电阻率和霍尔系数的测量方法，这是一种有实际意义的重要方法，目前已被广泛采用。
本实验的目的使学生更深入地理解霍尔效应的原理，掌握霍尔系数、电导率和迁移率的测试方法，确定样品的导电类型。
一、实 验 原 理如图，一矩形半导体薄片，当沿其x 方向通有均匀电流I ，沿Z 方向加有均匀磁感应强度的磁场时，则在y 方向上产生电势差。
这种想象叫霍尔效应。
所生电势差用V H 表示，成为霍尔电压，其相应的电场称为霍尔电场E y 。
实验表明，在弱磁场下，E y 同J （电流密度）和B 成正比E y =R H JB（1）式中R H 为比例系数，称为霍尔系数。
在不同的温度范围，R H 有不同的表达式。
在本征电离完全可以忽略的杂质电离区，且主要只有一种载流子的情况，当不考虑载流子速度的统计分布时，对空穴浓度为p 的P 型样品0pq1R H >=（2） 式中q 为电子电量。
对电子浓度为n 的N 型样品0nq1R H <-=（3）当考虑载流子速度的统计分布时，式（2）、（3）应分别修改为nq 1R pq 1R nH H p H H ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛μμ-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛μμ=（4）式中μH 为霍尔迁移率。
霍尔系数和电导率测量
.霍尔系数和电导率测量————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：实验5 霍尔系数和电导率测量1． 实验目的⑴ 通过实验加深对半导体霍尔效应的理解；⑵ 掌握霍尔系数和电导率的测量方法，了解测试仪器的基本原理和工作方法。
2． 实验内容测量样品从室温至高温本征区的霍尔系数和电阻率。
要求： ⑴ 判断样品的导电类型；⑵ 求室温杂质浓度，霍尔迁移率；⑶ 查阅迁移率或霍尔因子数据，逼近求解载流子浓度和迁移率； ⑷ 用本征区()T R H 数据，由(21)式编程计算样品材料的禁带宽度；⑸ 本征导电时，()LpLn qn μμσ+≈。
μ与23-T 成正比，所以()kT E T C g 2exp 23''-=-σ，那么由()T T 1~ln 23σ或由T 1~ln σ实验曲线的斜率求出禁带宽度E g 。
⑹ 对实验结果进行全面分析、讨论。
3． 实验原理⑴ 霍尔效应如图1所示的矩形半导体，在X 方向通过一密度为j x 的电流，在Z 方向加一均匀磁场（磁感应强度为B ）,由于磁场对运动电荷（速度为x v ）有一个洛伦兹力，在Y 方向将引起电荷的积累，在稳定情况下，将形成平衡洛伦兹力的横向电场Y E 。
这就是大家熟知的霍尔效应。
其霍尔系数定义为()1ZX Y H B J E R ⋅=由0=-B qv qE x Y ，可以导出H R 与载流子浓度的关系式，它们是P 型 ()21qp R H =N 型 ()31qnR H -=如果计及载流子速度的统计分布，关系式变为P 型 ()41qpR p H H ⎪⎪⎭⎫⎝⎛=μμN 型 ()51qnR n H H ⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=μμ 同时考虑两种载流子时有 ()()()622nb p q nb p R H H +-⋅=μμ式中，q 是电子电荷，p n b μμ=，p n μμ,分别是电子和空穴的迁移率，H μ是霍尔迁移率。
5.霍尔系数和电导率测量
实验5 霍尔系数和电导率测量1． 实验目的⑴ 通过实验加深对半导体霍尔效应的理解；⑵ 掌握霍尔系数和电导率的测量方法，了解测试仪器的基本原理和工作方法。
2． 实验内容测量样品从室温至高温本征区的霍尔系数和电阻率。
要求：⑴ 判断样品的导电类型；⑵ 求室温杂质浓度，霍尔迁移率；⑶ 查阅迁移率或霍尔因子数据，逼近求解载流子浓度和迁移率；⑷ 用本征区()T R H 数据，由(21)式编程计算样品材料的禁带宽度；⑸ 本征导电时，()Lp Ln qn μμσ+≈。
μ与23-T 成正比，所以()kT E T C g 2exp 23''-=-σ，那么由()T T 1~ln 23σ或由1~ln σ实验曲线的斜率求出禁带宽度E g 。
⑹ 对实验结果进行全面分析、讨论。
3． 实验原理⑴ 霍尔效应如图1所示的矩形半导体，在X 方向通过一密度为j x 的电流，在Z 方向加一均匀磁场（磁感应强度为B ）,由于磁场对运动电荷（速度为x v ）有一个洛伦兹力，在Y 方向将引起电荷的积累，在稳定情况下，将形成平衡洛伦兹力的横向电场Y E 。
这就是大家熟知的霍尔效应。
其霍尔系数定义为()1Z X YH B J E R ⋅=由0=-B qv qE x Y ，可以导出H R 与载流子浓度的关系式，它们是P 型 ()21qpR H = N 型 ()31qn R H -= 如果计及载流子速度的统计分布，关系式变为P 型 ()41qp R p H H ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=μμN 型 ()51qn R n H H ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=μμ同时考虑两种载流子时有 ()()()622nb p q nb p R H H +-⋅=μμ 式中，q 是电子电荷，p n b μμ=，p n μμ,分别是电子和空穴的迁移率，H μ是霍尔迁移率。
()p n H ,μμ称为霍尔因子，其值与能带结构和散射机构有关。
例如非简并半导体，长声学波散射时，18.183==πμμH ；电离杂质散射时，93.1=μμH ；对于高简并半导体和强磁场条件时，[]11=μμH 。
半导体霍尔系数与电导率测量实验报告
半导体霍尔系数与电导率测量实验报告实验目的：1.了解半导体材料的基本性质，包括霍尔效应和电导率；2.通过实验测量半导体材料的霍尔系数和电导率，分析其导电性质。
实验原理：1.霍尔效应：当在半导体材料中施加电流时，电子受到洛伦兹力的作用会发生偏转，并在材料的一侧积累负电荷，另一侧积累正电荷。
这种电荷积累导致的电压差称为霍尔电压，霍尔电压与施加的电场、电流以及材料的导电性质有关。
霍尔系数RH表示霍尔电压与电流、电场的关系。
当材料处于均匀磁场中时，可以通过测量霍尔电压和电流得到霍尔系数。
2.电导率：电导率是描述材料导电性质的一个参数，通常用σ表示。
电导率与材料的电阻率ρ和材料的导电性质有关。
电导率可以通过测量材料的电阻率和材料的几何尺寸来计算，也可以通过测量材料的电导和电流来得到。
实验仪器：1.霍尔效应实验装置，包括霍尔电压源、电流源、恒磁场装置等；2.电导率测量设备，包括电阻计、示波器等。
实验步骤：1.霍尔系数测量：a.调节霍尔电压源和电流源，使得电流通过样品，同时使恒磁场施加在样品上；b.测量霍尔电压随电流变化的关系，计算得到霍尔系数。
2.电导率测量：a.连接电阻计和示波器，将待测样品接入电路；b.测量电流和电压随时间变化的关系，并根据测得的电压和电流计算得到电阻率；c.根据材料的几何尺寸，计算得到电导率。
实验结果：根据实验所得数据计算得到半导体材料的霍尔系数和电导率，并记录在下表中：实验样品，霍尔系数(RH)，电导率(σ)---------，-------------，-----------------样品1，2.3x10^-3，1.5x10^3S/m样品2，1.8x10^-3，2.1x10^3S/m样品3，2.1x10^-3，1.8x10^3S/m实验讨论：通过实验测量得到的霍尔系数和电导率可以反映半导体材料的导电性质。
从实验结果可知，样品1的霍尔系数和电导率最小，样品2次之，样品3最大。
这说明样品3的导电性能最好，样品1的导电性能最差。
实验四 霍尔效应法测量半导体的载流子浓度、电导率和迁移
实验四霍尔效应法测量半导体的载流子浓度、电导率和迁移一、实验目的1．了解霍尔效应实验原理以及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。
二、实验原理置于磁场中的半导体，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。
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。
（a）（b）图(1) 样品示意图无论载流子是正电荷还是负电荷，Fg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VH，形成相应的附加电场E—霍尔电场，相应的电压VH称为霍尔电压，电极A、A´称为霍尔电极。
半导体物理实验——变温霍尔效应测试
变温霍尔效应测量半导体电学特性霍尔效应的测量是研究半导体性质的重要实验方法。
利用霍尔系数和电导率的联合测量，可以用来确定半导体的导电类型和载流子浓度。
通过测量霍尔系数与电导率随温度的变化，可以确定半导体的禁带宽度、杂质电离能及迁移率的温度系数等基本参数。
本实验通过对霍尔样品在弱场条件下进行变温霍尔系数和电导率的测量，来确定半导体材料的各种性质。
【实验目的】1.了解半导体中霍尔效应的产生机制。
2.通过实验数据测量和处理，判别半导体的导电类型，计算室温下样品的霍尔系数、电导率、迁移率和载流子浓度。
3.掌握变温条件下霍尔系数和电阻率的测量方法，了解两者随温度的变化规律。
【实验仪器】本实验采用CVM200变温霍尔效应测试系统来完成，本仪器系统由可换向永磁体、CME12H变温恒温器、TC202控温仪、CVM-200霍尔效应仪等组成。
本系统自带有两块样品，样一是美国Lakeshore公司HGT-2100高灵敏度霍尔片，厚度为0.18mm，最大工作电流≤10 mA，室温下的灵敏度为55-140 mV/kG; 样二为锑化铟，厚度为1.11mm，最大电流为60mA，其在低温下是典型的P型半导体，而在室温下又是典型的N型半导体，相应的测试磁场并不高，但霍尔电压高，降低了对系统仪表灵敏度、磁铁磁场的要求。
【实验原理】1．霍尔效应和霍尔系数ZYX图1 霍尔效应示意图霍尔效应是一种电流磁效应（如图1）。
当半导体样品通以电流Is ，并加一垂直于电流的磁场B ，则在样品两侧产生一横向电势差U H ，这种现象称为“霍尔效应”，U H 称为霍尔电压，d B I R H S H U =（1）则： IsB d U H H R =（2） R H 叫做霍尔系数，d 为样品厚度。
对于P 型半导体样品， qp H R 1= （3）式中q 为空穴电荷电量，p 为半导体载流子空穴浓度。
对于n 型半导体样品，qn H R 1-= （4）式中为n 电子电荷电量。
硅的霍耳系数和电导率测量
硅的霍耳系数和电导率测量一、目的掌握测量霍耳系数和电导率的实验方法，测出硅的霍耳系数和电导率随温度变化的数据，确定硅的导电类型。
二、基本原理一块宽为a、厚为b的长方形半导体(见图1)。
若在x方向上有均匀的电流I X流过，再Z方向上加均匀磁场B z，那么在这块半导体A、B两点间（即Y方向上）产生一电位差，这种现象称为霍耳效应。
从实验中发现，在弱磁场情况下，霍耳电场E y的大小与电流密度J X 和磁场强度B z成正比，即E y=RJ X B z由上式可得R=E y / J X B z (1)R称为霍耳系数。
在实验上直接测量的是霍耳电位差V H。
因为，E y=V H / aJ X=I X / ab（1）式可以写为R=V H b / I X B z (2)如果（２）式中各量所用的单位是V H－伏；I X－安培；B z－高斯；b－厘米；R－厘米3/库仑，则应该在(2)式中引入单位变换因子108，把它写成如下形式：R=( V H b /I X Bz ) * 108 (3)上式为实验中实际应用的公式。
因为电子和空穴的漂移运动是相反的，但是电荷符号也是相反的，磁场对它们的偏转作用力方向相同。
结果在边界上积累的电荷两种情况下相反，因此霍耳电场和电势差是相反的。
照这个道理可以区别电子性导电(n型)和空穴导电(P型)。
当E Y>0，为p型，E Y<0，为n 型。
在霍耳效应的简单理论中，对电子和空穴混合导电的半导体，霍耳系数为：R=( pμp2-nμn2)/﹝( pμp+nμn )2 e﹞ (4)对n型半导体可简化为： R=﹣1 / ne (5)对p型半导体可简化为： R= 1 / pe (6) (4)、(5)、(6) 各式中，n和p分别表示电子和空穴浓度，μp 和μn 分别为电子和空穴的迁移率。
图2给出两个硅样品霍耳系数随着温度变化的实验曲线。
样品1是n型的，样品2是p 型的。
在图2中，样品1的曲线AB部分差不多是一水平线，在这一段温度范围，施主能级上的电子几乎全部跃迁到导带中去了，而本征激发是可以忽略的，因而表现出温度升高导带中电子密度不变。
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半导体霍尔系数与电导率测量
13应用物理（1）班 杨礴 2013326601111
一、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.测量试样的导电类型、载流子浓度以及迁移率
二、实验原理
霍尔效应的测量是研究半导体性质的重要实验方法。
利用霍尔效应，可以确定半导体的导电类型和载流子浓度。
利用霍尔系数和电导率的联合测量，可以用来研究半导体的导电机制(本征导电和杂质导电)和散射机制(晶格散射和杂质散射)，进一步确定半导体的迁移率、禁带宽度、杂质电离能等基本参数。
测量霍尔系数随温度的变化，可以确定半导体的禁带宽度、杂质电离能及迁移率的特性。
1、 霍尔效应和霍尔系数
设一块半导体的x 方向上有均匀的电流流过，在z 方向上加有磁场，则在这块半导体的y 方向上出现一横向电势差，这种现象被称为“霍尔效应”， 称为“霍尔电压”，所对应的横向电场称为“霍尔电场”。
霍尔电场强度的大小与流经样品的电流密度和磁感应强度的乘积成正比：
式中比例系数称为“霍尔系数”。
半导体样品的长、宽、厚分别为l 、a 、b ，半导体载流子（空穴）的浓度为p ，它们在电场作用下，以平均漂移速度沿x 方向运动，形成电流。
在垂直于电场方向上加一磁场，则运动着的载流子要受到洛Z X H H B J R E ••=
仑兹力的作用该洛仑兹力指向-y 方向，因此载流子向-y 方向偏转，这样在样品的左侧面就积累了空穴，从而产生了一个指向+y 方向的电场——霍尔电场。
当该电场对空穴的作用力q 与洛仑兹力相平衡时，空穴在y 方向上所受的合力为零，达到稳态。
在稳态时，有 ：
若是均匀的，则在样品左、右两侧面间的电位差： 而x 方向的电流： 由以上的式子得： 所以对p 型半导体： n 型半导体： 所以的计算式：
三、实验仪器
霍尔传感器，可调恒流源3.5A ，可调恒流源10mA ，电磁线圈5A
四、实验内容
1.测量霍尔电压V H 和霍尔电流I S 的关系
（1）按要求连接导线。
（2）轻轻把霍尔传感器调节到电磁场的磁隙的中间
（3）打开所有电源开关
（4）设置励磁电流到某个值
（5）慢慢的增大Is 电流，记录霍尔电压V H 到表中
2.测量霍尔电压V H 和霍尔电流I S 的关系
（1）按要求连接导线
（2）轻轻地把霍尔传感器调节到电磁场的磁隙中间
（3）打开所有电源开关
（4）设置励磁电流到某个值 z x y B qv qE =a E U y H =ab qpv I x x =ab I B qp E x z y ••=1pq R H 1=nq R H 1-=x
z H
x z y H I B b U I B ab E R ==
（5）慢慢增大励磁电流，记录霍尔电压和磁场强度的关系
五、数据结果
六、结果讨论
1.测量误差来源可能是测量磁场时，特斯拉计探头未完全与磁场垂直，即测出来的磁感应强度偏小。
2.在计算拟合曲线时，根据理论公式，应采用正比例函数进行拟合。
七、霍尔效应的应用
1.测量半导体导电类型：半导体中的载流子有电子和空穴两种，根据霍尔效应原理，若某半导体材料中只存在一种载流子，那么，对P型半导体来说，侧面积累的是空穴，因此带正电；对N型半导体来说，侧面积累的是电子，因此带负电。
由于P型半导体材料与磁场和电流的作用下产生的霍尔电场方向和N型半导体材料相反，即霍尔电压的符号相反，因此，可根据霍尔电压的符号判断半导体的导电类型。
2.霍尔传感器。
霍尔元件、霍尔组件、霍尔集成电路等都是以霍尔效应原理为基础制成的，它们统称为霍尔效应磁敏传感器，简称霍尔传感器。
目前，有多种电学和非电学测量的霍尔传感器。
八、参考文献
1.高莹，半导体化纳米铝及铝合金薄膜霍尔效应的研究，北京化工大学硕士学位论文。