霍尔效应实验报告参考

霍尔效应实验报告参考
华南农业大学信息软件学院实验报告
课程：大学物理实验学期：2012-2013第一学期任课老师：***
专业班级：**************学号：************** 姓名：***
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实验3 霍尔效应的应用
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之间的系。

3.学习用对称测量法消除副效应的影响，测量试样
的和曲线。

4.确定试样的导电类型、载流子浓度以及迁移率。

二．实验仪器设备
TH-H 型霍尔实验组合仪由试验仪和测试仪组成
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。

三个双刀双掷闸刀开关分别对励磁电流，工作电流霍尔电压进行通断和换向控制。

右边闸刀控制励磁电流的通断换向。

左边闸刀开关控制工作电流的通断换向。

中间闸刀固定不变即指向一侧。

2.测试仪
测试仪有两组独立的恒流源，即“输出”
为0～10mA给霍尔元件提供工作电流的电流源，“输出”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“测量选择”测，放出键来测。

电流源上有Is调节旋钮和Im调节旋钮。

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。

三．实验的基本构思和原理
霍尔效应从本质上讲是运动的带电粒子在磁
场中受洛伦兹力作用而引起的偏转。

由于带电粒子（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集，从而形成附加的横向电场，即霍尔电场。

然而在产生霍尔效应的同时，因伴着多种副效应，以致实验测得的两极之间的电压并不等于真的值，而是包含着各种副效应引起的附加电压，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所谓对称测量法，基本上能够把副效应的影响从测量的结果中消除。

具体做法是和大小不变，并在设定电流和磁场的正反方向后，依次测量由下列四组不同方向的和组合的两点之间的电压V1,V2,V,.V4,即
+Is，+B，V1
+Is，--B，V2
--Is，--B，V3
--Is，+B，V4，
然后求上述四组数据V1，V2，V3，V4的代数平均值，可得
Vh=(V1—V2+V3—V4)/4
通过对称测量法求得的Vh，虽然还存在个别无法消除的副效应，但其引入的误差甚小，可以不计。

四．实验基本步骤
(1) 按连接测试仪和实验仪之间相应的I s 、V s 和I m 各组连线，I s 及Im换向开关投向上方，表明I s 及Im均为正值，反之为负值。

V h 、Vo 切换开关投向上方测Vh，投向下方测Vo 。

(2)对测试仪进行调零。

将测试仪的两个调节旋钮均置零位，待开机数分钟后若V h,显示不为零，可通过面板左下方小孔的“调零”电位器实现调零，即“0. .00“。

(3)测绘切换Vh- 值。

将开关“V h 、Vo ”投向V h 测，测试仪的功能切换置Vh，保持Im值不变，测绘Vh-Is曲线。

(4)测绘Vh-Im值。

实验仪及试验仪各开关位置同上。

保持半导体的电流I s不变，测绘Vh-Im曲线。

(5)测量Vo 值。

将切换开关“V h 、Vo ”投向v o
测，在零磁场下，取I s=2.00mA，测量Vo。

(6)确定样品的导电类型。

将实验仪三组双刀开关均投向上方，毫伏表测量电压为Vaa,取
I s=2.00mA，-，Im=0.6A ，测量V h 大小及极性，判断样品导电类型。

(7) 求样品R h ,n,o,u 值。

五．实验数据记录及处理
绘制Vh-Is 曲线数据表
Is (mA )(霍尔电流)
1
V
2
V
3
V
4
V
Vh=(V1-V2+V3-
V4)/4
(mV)
+Is,+B，
+Is,
--B，
--Is
,--B
，
--Is
,+B，
1.00 -4.7
8
4.18
-4.2
7
4.28 4.38
1.50 -7.0
3
6.38
-6.8
9
6.52 6.71
2.00 -9.2
7
8.
56
-9.
08
8.76
8.
92
2.50 -11.10.8-11.11.0
55 0 32 4 11.18
3.00 -13.
80
13.0
-13.
51
13.2
9
13.
40
4.00 -17.
91
17.3
9
-18.
29
17.7
8
17.
84
其中电流范围：Im=0.6A；Is=1.00~4.00mA
绘制Vh-Im 曲线数据表
M
I(A) (励磁电流)
1
V
2
V
3
V
4
V Vh=(V1-V2+V3-
V4)/4
(m
V)
+Is,
+B，
+Is,
--B，
--Is
,--B
，
--Is
,+B，
0.30 0 --7.
04
6.26
-6.7
6
6.54 6.65
0.40 0 --9.
38
8.52
-9.0
3
8.82 8.94
0.50 0 -11.
54
10.7
4
-11.
24
11.0
9
11.15
0.60 0 -13.
84
12.9
7
-13.
48
13.2
7
13,.39
0.70 0 -16.
00
15.2
1
-15.
72
15.5
2
15.61
0.80 0 -18.
23
17.4
4
-17.
95
17.7
3
17.84
其中电流范围：Is=3.00mA；Im=0.300~0.800A。

Vo=1mv，d=0.5mm，
由表画出V h---Im关系线：
由表画出V h —I s关系线：
相关数据计算 R h=（Vh*d）/(I s*B)=1.06*10^-2(M.V)/(A.T)
u=|Rh|o =? .
n=1/|Rh|e=6.4*10^（20）（m-3）
o=l*I/(S*U)=？
五．实验结论：
1. 当励磁电流
I=0时，霍尔电压不为0，且随着
M
霍尔电流的增加而增加，通过作图发现二者满足线性关系。

说明在霍尔元件内存在一不等位电压，这是由于测量霍尔电压的两条接线没有在同一个等势面上造成的。

2.当励磁电流保持恒定，改变霍尔电流时，测量得
到的霍尔电压随霍尔电流的增加而增加，通过作图发现二者之间满足线性关系。

3.当霍尔电压保持恒定，改变励磁电流时，测量得
到的霍尔电压随励磁电流的增加而增加，通过作图发现二者之间也满足线性关系
六．注意事项：
1..不要带电接线，中间改变电路时，一定要先关
闭电源，再连接电路。

2..实验完成后要整理实验仪器，先关闭电源，再将电线拆下，捋好后放在实验仪器的右侧。

3..仪器开机前应将
I、H I调节旋钮逆时针方向旋
M
到底，使其输出电流趋于最小，然后再开机关
机前，应将
I、H I调节旋钮逆时针方向旋到底，
M
然后切断电源
4..电源开机后预热几分钟，即可进行实验。

5..在实验过程中试验仪的
U开关应至始至终保
H
持闭合，否则会为“1”或数字跳动现象。

6..改变
I或霍尔元件过程应断开试验仪上的M I换
H
向开关以防长时间通电而发热，导致霍尔元件升温影响实验结果。