霍尔效应B-X图(1)
霍尔效应
霍尔效应[1]是磁电效应的一种，这一现象是美国物理学家霍尔（A.H.Hall，1855—1938）于1879年在研究金属的导电机构时发现的。
当电流垂直于外磁场通过导体时，在导体的垂直于磁场和电流方向的两个端面之间会出现电势差，这一现象便是霍尔效应。
这个电势差也被叫做霍尔电势差。
霍尔效应的原理导体中的电荷在电场作用下沿电流方向运动，由于存在垂直于电流方向的磁场，电荷受到洛伦兹力，产生偏转，偏转的方向垂直于电流方向和磁场方向，而且正电荷和负电荷偏转的方向相反，这样就产生了电势差。
补充上面的人：正电荷与负电荷偏转的方向是相同的，只是因为导体中导电的是电子，所以只有电子偏转，才会有在两面有电压。
在半导体中，有两种载流子（空穴与自由电子），而它们的偏转方向是相同的，产生的电压也只是多数载流子与少数载流子之差，即表现了多数载流子的效果。
正是因为这样，所以才能利用霍尔效应来判断N、P型半导体。
上面作补充这位：正负电荷的偏转方向是相同的，你从哪里听说的呢？另外，导体能够导电，是导体中的电子在外电场作用下作定向运动的结果，但一般并不会说来固体导电就是全靠电子，因为在原子的能带结构里面，在价带中（导体的价带是半满带）电子可以在外电场的作用下作定向运动，而因为导体的价带中电子是半满的，所以才不分少子和多子，也就是大家习惯说的“导体中导电的是电子”。
但是对于半导体甚至绝缘体，在价带是满带，也就是全被电子所占据，在一定的条件先，价带中的电子跃迁到导带中，成为自由电子，而在价带中留下一些“空洞”，这些“空洞”我们习惯成“空穴”（也就是大家平常说的“正电子”，它带正电），但实质上，是没有空穴这种东西的，只不过是在半导体中，为了简单化的描述它的一些特性或原理，大家喜欢用数量小的东西去描述，以简单化，才出来“空穴”这个东西。
但话说回来，如果从最最本质的导电原理来说，确实导电都是电子做定向运动的结果，但我们一般不会这么说。
但是你说两种载流子的偏转方向相同，这肯定不对，他们一个带正电，一个负电，受到的力的作用刚好相反。
霍尔效应(含数据处理样版)
TH-H型霍尔效应实验组合仪霍尔效应及其应用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。
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V H－I S和V H－I M曲线。
TH-H 型霍尔效应实验组合仪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： （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。
B v g e F VTH-H 型霍尔效应实验组合仪（N型） 0 (Y)E （P型）0 (Y)E H H (X)、B（Z） Is <>（a ） （b ）图(1) 样品示意图无论载流子是正电荷还是负电荷，F g 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V H ，形成相应的附加电场E —霍尔电场，相应的电压V H 称为霍尔电压，电极A 、A ´称为霍尔电极。
(整理)实验四霍尔效应
实验四 霍尔效应的验证1897年，霍尔设计了一个根据运动载流子在外磁场中的偏转来确定在导体或半导体中占主导地位的载流子类型的实验。
在研究通有电流的导体在磁场中的受力时，发现在垂直于磁场和电流的方向上产生了电动势，这个电磁效应称为“霍尔效应”。
在半导体材料中，霍尔效应比在金属中大几个数量级，引起人们对它的深入研究。
霍尔效应的研究在半导体理论的发展中起到了重要的推动作用。
直到现在，霍尔效应的研究仍是研究半导体性质的重要实验方法。
利用霍尔系数和导电率的联合测量，可以用来研究半导体的到点机构、散射机构，并可以确定半导体的一些基本参数，如半导体材料的导电类型、载流子浓度、迁移率大小、禁带宽度、杂质电离能等。
【实验目的】1.了解霍尔效应的原理，了解其在螺线管中的应用。
2.掌握用霍尔效应法测量磁场的原理,测量长直螺线管轴线上的磁感应强度分布。
3.验证霍尔电势差与励磁电流(磁感应强度)及霍尔元件的工作电流成正比的关系式。
【实验原理】1. 霍尔效应霍尔效应从本质上来讲是运动的带电粒子在磁场中收到洛伦磁力的作用而引起的偏转。
当带点粒子（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s I （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s I 相反的x 负向运动。
图1 霍尔效应原理图由于洛伦磁力L f 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。
于此同时运动的电子还收到由于两种累计的异种电荷形成的反向电场力E f 的作用，随着电荷的增加，E f 增大，当两力大小相等时，则电子的积累达到动态平衡。
这时在A 、B 两端横面之间建立的电场称为霍尔电场H E ，相应的电势称为霍尔电势H V 。
大学物理仿真实验——霍尔效应
仿真实验------霍尔效应实验人：代梦妮一、实验目的：（1）霍尔效应原理及霍尔元件有关参数的含义和作用（2）测绘霍尔元件的V H —Is ，V H —I M 曲线，了解霍尔电势差V H 与霍尔元件工作电流Is ，磁场应强度B 及励磁电流I M 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）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。
如下图(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。
由于洛仑兹力f L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 f E 的作用。
随着电荷积累的增加，f E 增大，当两力大小相等（方向相反）时， f L =－f E ，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E H ，相应的电势差称为霍尔电势V H 。
设电子按平均速度V ，向图示的X 负方向运动，在磁场B 作用下，所受洛仑兹力为：f L =－e V B式中：e 为电子电量，V 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： f E H H eV eE -=-=l图(1) 霍尔效应原理式中：E H 为霍尔电场强度，V H 为霍尔电势，l 为霍尔元件宽度当达到动态平衡时:f L =－f EV B=V H /l (1)设霍尔元件宽度为l ，厚度为d ，载流子浓度为 n ，则霍尔元件的工作电流为 ld V ne Is = (2)由(1)、(2)两式可得：d IsB R d IsB ne l E V H H H ===1 (3)即霍尔电压V H (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)/(1ne R H =称为霍尔系数，它是反映材料霍尔效应强弱的重要参数，只要测出HV （伏），以及s I （安），B （高斯）和d （厘米）可按下式计算H R （厘米3/库仑）。
讲义_霍尔效应测量
讲义_霍尔效应测量变温霍尔效应引言1879年，霍尔(E.H.Hall)在研究通有电流的导体在磁场中受力的情况时，发现在垂直于磁场和电流的方向上产生了电动势，这个电磁效应称为“霍尔效应”。
在半导体材料中，霍尔效应比在金属中大几个数量级，引起人们对它的深入研究。
霍尔效应的研究在半导体理论的发展中起了重要的推动作用。
直到现在，霍尔效应的测量仍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构（本征导电和杂质导电）和散射机构（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温度特性。
根据霍尔效应原理制成的霍尔器件，可用于磁场和功率测量，也可制成开关元件，在自动控制和信息处理等方面有着广泛的应用。
实验目的1. 了解半导体中霍尔效应的产生原理，霍尔系数表达式的推导及其副效应的产生和消除。
2. 掌握霍尔系数和电导率的测量方法。
通过测量数据处理判别样品的导电类型，计算室温下所测半导体材料的霍尔系数、电导率、载流子浓度和霍尔迁移率。
3. 掌握动态法测量霍尔系数（RH）及电导率（σ）随温度的变化，作出RH～1/T，σ～1/T曲线，了解霍尔系数和电导率与温度的关系。
4. 了解霍尔器件的应用，理解半导体的导电机制。
实验原理1．半导体内的载流子根据半导体导电理论,半导体内载流子的产生有两种不同的机构：本征激发和杂质电离。
（1）本征激发半导体材料内共价键上的电子有可能受热激发后跃迁到导带上成为可迁移的电子，在原共价键上却留下一个电子缺位—空穴，这个空穴很容易受到邻键上的电子跳过来填补而转移到邻键上。
因此，半导体内存在参与导电的两种载流子：电子和空穴。
这种不受外来杂质的影响由半导体本身靠热激发产生电子—空穴的过程，称为本征激发。
显然，导带上每产生一个电子，价带上必然留下一个空穴。
霍尔效应原理图ppt课件
在该电桥的负载电阻RP2上 取出电桥的部分输出电压 （称为补偿电压），与霍尔 元件的输出电压反向串联。 在磁感应强度B为零时，调 节RP1和RP2，使补偿电压抵 消霍尔元件此时输出的不等 位电势，从而使B＝0时的总 输出电压为零。
38
优点：采用桥式补偿电路，可以在霍
尔元件的整个温度范围内对不等位电 势进行良好的补偿，并且对不等位电 势的恒定部分和变化部分的补偿可独 立地进行调节。所以，可达到相当高 的补偿精度。
5
电荷的聚积必将产生静电场，即为霍尔电 场，该静电场对电子的作用力为FE与洛仑兹力 方向相反，将阻止电子继续偏转，其大小为 式中EH为霍尔电场，e 为电子电量，UH为霍尔 电势。当FL = FE时，电 子的积累达到动平衡， 即
所以
B A I D B
FE
C l
FL
L
d
UH
A、B- 霍尔电极 C、D-控制电极
对于一个确定的霍尔元件，可以方 便地获得α、β和R0的值，因此只要使 负载电阻RL满足上式，就可在输出回路 实现对温度误差的补偿了。虽然RL通常 是放大器的输入电阻或表头内阻，其值 是一定的，但可通过串、并联电阻来调 整RL的值。
30
（三）采用热敏元件
对于由温度系数较 大的半导体材料 （如锑化铟）制成 的霍尔元件，常采 用右图所示的温度 补偿电路，图中Rt 是热敏元件（热电 阻或热敏电阻）。
25
连接方式 为了获得较大的霍尔输出电势，可以 采用几片叠加的连接方式。下图(a)为直流 供电，控制电流端并联输出串联。下图(b) 为交流供电，控制电流端串联变压器叠加 输出。
26
二、温度误差及其补偿
由于载流子浓度等随温度变化而变化，因 此会导致霍尔元件的内阻、霍尔电势等也随温 度变化而变化。这种变化程度随不同半导体材 料有所不同。而且温度高到一定程度，产生的 变化相当大。温度误差是霍尔元件测量中不可 忽视的误差。 针对温度变化导致内阻(输入、输出电阻) 的变化，可以采用对输入或输出电路的电阻进 行补偿。
霍尔效应及磁场的测量
实验操作要求
IM(mA) V1(mV) V2(mV) V3(mV) V4(mV) VH(mV)
IM-VH 关系 （位置在0mm处）
0 50 100 150 200 400 800 850 900 950 1000
IM-VH 关系曲线
IM/mA
500 400 300 200 100
霍尔电势差的产生和确定
B• + + + + + +
I
v
FE
b
H
FB
------
VH
FBFE
evB eVH b
IHnevbd
VH e1ndIHB
VHKHIHB
KH称为霍尔元件的灵敏度，是一个常数，单位为 mV/(m•AT)
VHKHIHB
由上式可看出，若已知霍尔片的灵敏度KH，只需分 别测出霍尔电流IH及霍尔电势差VH就可以算出磁场B
C. 每个点都应用对称测量法消除霍尔元件的 副效应。
实验操作要求
磁场沿水平方向的B~X分布 （IM=600mA）
x (mm) 0 4 8 12 13 14 15 16 17 18 19 20 V1(mV) V2(mV) V3(mV) V4(mV) VH(mV)
B(T)
电磁铁气隙磁场沿水平方向的分布B－X图
I
v
FE
b
H
F
- - - -B - -
V H
B
- - - - - -
IH
v
FB
FE
++++++
VH
VH>0
VH<0
大学物理实验霍尔效应(课堂PPT)
黑龙江大学普通物理实验室
.
1
霍尔（ A.H.Hall ）
霍尔效应是美国物理学家 霍尔（A.H.Hall，1855—1938） 于1879年在美国霍普金斯大学 读研究生期间,研究关于载流导 体在磁场中的受力性质时发现 的一种现象。
A.H.Hall（1855～1938）
.
2
霍尔效应（Hall effect ）
A'
v B
IS
A
.
1返7 回
厄廷豪森效应
1887年厄廷豪森发现，由于载流子的速度不相等，它 们在磁场的作用下，速度大的受到的洛仑兹力大，绕大圆 轨道运动，速度小则绕小圆轨道运动，这样导致霍尔元件 的一端较另一端具有较多的能量而形成一个横向的温度梯 度决于。因Bv 和而产I S 的生方温向差。效可应判，断形出成V电E 和势V差H 始，终记同为向V E。，其方向取
在需要调节霍尔片位置时，必须谨慎，切勿随意改变Y轴方向的高度，以 免霍尔片与磁极面摩擦而受损。
决不允许将“IM输出”接到“IS输入”或“VH、Vσ输出”处，否则， 一旦通电，霍尔样品即遭损坏。
测量Vσ时， IS不宜过大，以免数字电压表超量程，通常IS取为0.2mA 左右。
.
12
.
13
最小二乘法（直线拟合y=A’+B’x）
如果在一块矩形半导
体薄片上沿x轴方向通以电
流 则，在Bv 在垂z直轴于方电向上流加和磁磁场场
， 的
方向（即y 轴方向）上产生
电势差，这一现象称为霍
尔效应,所产生的电压称为
霍尔电压。
VH
v B
y
z
x
IS
.
3
霍尔效应（Hall effect ）
霍尔效应实验71585-PPT课件
V 1 4 ( V V V V ) V H 1 2 3 4 E
因为 ，所以 V V E H
V 1 4 ( V V V V ) H 1 2 3 4
四、实验内容
1. 测量霍尔电压 V H测量霍尔电压V H 与工作电流 I
v IS nebd
将
V vbB代入 v IS nebd可得
H
可改写为
vISB ned
V RI B d KI B H S S
就是霍尔系数 R 1ne
（1）爱廷豪森效应
• 1887年爱廷豪森发现，由于载流子的速度服从统计 分布，它们在磁场的作用下，速度大的受到的洛仑兹 力大，绕大圆轨道运动，速度小则绕小圆轨道运动， 这样导致霍尔元件的一端较另一端具有较多的能量而 形成一个横向的温度梯度。因而产生温差效应，形成 电势差，记为 V E ， 的大小与正负符号与I、B的大小 和方向有关，跟 V H 与I、B的关系相同，所以不能在测
量中消除。
（2）伦斯脱效应
• 由图所示由于输入电流端引线a、b点处的电阻不相 等，通电后发热程度不同，使a和b两端之间出现热扩 散电流，在磁场的作用下，在c、e两端出现横向电场， VN 由此产生附加电势差，记为 。其方向与 无关，只 IH 随磁场方向而变。 4 e 1 a
IH
b c 3
2
（3）里纪-勒杜克效应
4. 计算霍尔元件的霍尔灵敏 K
H
。
思考题
1. 霍尔元件都用半导体材料制成而不用金属材 料，为什么？
2. 为提高霍尔元件的灵敏度你将采用什么办法？
3．学习用“对称交换测量法”消除负效应产生的系统 误差。
二、实验仪器
霍尔效应测试仪
霍尔效应实验仪
霍尔效应资料(1)
✓ 将开关K1指向位置1，调节V电源输出电压，使数字电压 表显示的“Vout” 和“V-”间的电压为，此时集成霍尔元 件达到标准化工作状态，即流过霍尔元件的电流为标准工 作电流。
三. 对传感器输出的电位差进行补偿
K2仍断开，保持V+和V-电压不变，把开关K1指向2，调节 的外接补偿电压，使数字电压表在mV档的示值为0，即用 一个外接电位差对传感器输出的电位差进行补偿，以便可 直接读出V’ .
实验内容1：霍尔电势差与磁感应强度B的关系
方法：霍尔元件位置固定(置于螺线管的中央)，改 变励磁电流.
➢霍尔元件置于螺线管中央，改变励磁电流IM (0500mA) ，测量V’-IM 关系(测10组数据). IM为螺线管通电电流
V '
➢绘制V’-IM关系曲线，计算斜率 .I M
实验内容2：螺线管轴线磁场分布的测 量
集成霍耳元件
外接补偿电
位置读数
V_
3 2
V+
1
VOUT
Vout和V- :输 出霍尔电压
压
注意：V+、V-不能接反，否则将损坏元件.
实验内容：仪器调节 调节外接补偿电 调节霍尔元
压
显示励磁电流大小 FD-ICH-II 新型螺线管磁场测定仪—电 源
件工作电流
数字电流表 mA
V
数字电压表
量程 切换
mV
• 详见下页图示.
实验内容：仪器调节
为螺线管提供励磁电 流(流过螺线管的电 流)，产生磁场.
FD-ICH-II 新型螺线管磁场测定仪—电 源
数字电流表 mA
ON
+
-
实验报告霍尔效应及霍尔元件基本参数的测量
霍尔效应及霍尔元件基本参数的测量一、实验目的1.了解半导体中霍尔效应的产生原理，霍尔系数表达式的推导及其副效应的产生和消除。
2.掌握常温情况下测量霍尔系数的方法。
3.判断样品的导电类型，计算霍尔系数、载流子浓度、电导率、霍尔迁移率。
4.用霍尔元件测量铁电磁铁气隙中磁感应强度B沿X方向的分布曲线及电磁铁的励磁曲线。
二、实验原理1.霍尔效应和霍尔系数图1霍尔效应示意图如图1所示，在半导体的x方向有均匀的电流I x通过，同时在z方向上加有磁场B z，那么在这块半导体的y方向会出现一个横向电势差U H，这种现象叫做“霍尔效应”，U H称为“霍尔电压”，对应的y轴的电场称为“霍尔电场”。
半导体的长、宽、高分别为L、a、b，p（n）型半导体的载流子为空穴（电子），在沿x方向电场的作用下，以平均漂移速度v x运动，形成电流I x，由于在z轴方向有磁场B z，载流子受到洛伦兹力的作用F q v B⋅⨯=()P型半导体中空穴带正电，由右手定则可知：受到的洛伦兹力沿着y轴负向，那么空穴向着y轴负向运动，在y轴方向形成沿着y轴正向的电场—霍尔电场，当该电场对空穴的作用力qE y与洛伦兹力F达到平衡时，空穴不再沿着y轴偏离，达到稳态，只有沿着x方向的电流。
同理，n型半导体中电子带负电，电子的速度方向为x轴负向，电荷为-q，那么根据右手定则可知：受到的洛伦兹力沿着y轴负向，那么电子向着y轴负向运动，在y 轴方向形成沿着y 轴负向的电场—霍尔电场，当该电场对电子的作用力qE y 与洛伦兹力F 达到平衡时，电子不再沿着y 轴偏离，达到稳态，只有沿着x 方向的电流。
因此，在给定电流方向以及外加磁场方向时，根据霍尔电场的方向便可以判断半导体是n 型还是p 型。
下面推导霍尔系数的表达式。
在稳态下，载流子受到的电场力与洛伦兹力达到平衡，即为Hx z H U qv B E q q a==，H H x z E R J B =（其中R H 即为霍尔系数） 而根据半导体中电流公式：x x x I nqv S nqv ab ==可知：H H x zU bR I B =（3/m C ） （1） 2. 霍尔效应中的副效应及消除办法在霍尔系数的测量中，会伴随一些热磁副效应、电极不对称等因素引起的附加电压叠加在霍尔电压上，主要有爱廷豪森效应、能斯脱效应、里纪—勒杜克效应、电极位置不对称、温度梯度存在等副效应。
亥姆霍兹线圈的磁场实验
（5）
式中： EH 为霍尔电场强度，VH 为霍尔电势， l 为霍尔元件宽度。
当达到动态平衡时：
f L = − f E ， VB = VH / l
(6)
设霍尔元件宽度为 l ，厚度为 d，载流子浓度为 n，则霍尔元件的工作电流为
I S = neVld
(7)
由(6)、(7)两式可得：
VH
=
EH l
=
1 ne
图 6 DH4501A 型亥姆霍兹线圈磁场实验仪接线示意图 如果只是用二个线圈中的某一个产生磁场时，可选择左边或者右边的线圈，从测量仪的 励磁电流两端用两头都是插片的连接线接至测试架的励磁线圈两端．红接线柱与红接线柱相 连，黑接线柱与黑接线柱相连．用亥姆霍兹线圈(双个线圈)产生磁场时，将励磁线圈(左)的 黑色端子与励磁线圈(右)的红色端子用短接片短接。 亥姆霍兹线圈的中心设有二维移动装置，其中长的一个移动装置用于测量轴向的磁场分 布：短的一个移动装置用于测量径向磁场分布，如图 3 所示。慢慢转动手轮，移动装置上的 霍尔磁传感器盒随之移动，通过转动二个移动架的手轮，可将霍尔磁传感器移动到需要的位 置上。磁传感器的位置，也就是磁场的位置由相应的指示标尺确定。 3.高斯计的使用方法 仪器内置的磁场测量部分(高斯计)，它的测量范围为 O～2.200mT，采用 4 位数码管显示。 由于有地磁场和大楼建筑等的影响，当亥姆霍兹线圈没有电流流过时，显示值也不为零。 因此在进行亥姆霍兹线圈磁场测量实验时，需要对这个固定偏差值进行修正，即在数据处理 中扣除这个初始偏差值，否则的话，测量出的值是在线圈产生的磁场上面叠加上了一个偏差 值，会引起较大的测量误差。为此测量仪内，设计有一个零位偏差值白动修正电路，能将这 个偏差值记忆在仪器中，自动补偿地磁场引起的固定偏差值。具体使用方法如下： 将测量仪与测试架连线如图 6 所示连好。打开电源，将测量仪的励磁电流电位器逆时针 旋到底，电流表显示为零，线圈没有产生磁场。但这时由于存在地磁场，以及内部电路的失 调电压，毫特计的显示往往不为 O。预热 10～20 分钟后，按下测量仪面板上的“零位凋节” 按钮，直到数码管上的显示从 llll 变到 3333 再放开按钮。这个过程大约需要 2 秒。此时毫 特表头应显示 0，如果没有到零，请重复上述过程。 调零完毕后，即可进入正常亥姆霍兹线圈磁场测量过程。 （五）实验内容及数据处理 1.实验内容 （1）测量圆电流线圈轴线上磁场的分布
实验三 霍尔效应
实验三 霍尔效应【实验目的】1．观察霍尔现象。
2．了解应用霍尔元件测量磁场的原理和方法。
3．用电位差计测量霍尔电压及电流，进一步掌握电位差计的使用方法。
【实验原理】霍尔效应：1879年霍尔在研究载流导体在磁场中受力的性质时发现，当工作电流（额定控制电流）垂直于外磁场方向通过导电体时，在垂直于电流和磁场的方向的物体两侧产生电位差，称为霍尔电势差。
这一效应称为霍尔效应。
图3-1 带电粒子受力图这个效应对金属来说是不显著的，但对半导体却非常显著。
在半导体中利用这种效应可以做成具有广泛应用的霍尔元件，用于磁场测量、功率测量及作为模拟运算的乘法器，应用到非电量测量方面，可作为压力、位移和流量测量的传感器。
霍尔电势差产生原因：假设有一块宽为a ，厚为b ，长为l 0的N 型半导体（载流子为电子），电流I 沿y 轴方向通过，磁场B沿z 轴方向，电子电量为q 。
则样品中以平均漂移速度为v （沿y 方向）的载流子（电子）在磁场中受洛仑兹力f m 作用，f m 的大小为：f m =qvB （3-1）方向如图3-1（b ）所示的-x 方向。
载流子（电子）在f m 的作用下沿x 轴负方向偏转，引起A 侧有电子的积累，B 侧正电荷的积累，在侧面电荷的积聚将在薄片样品中产生阻止电子继续向x 轴方向运动的电场E H ，使载流子又受到电场力f e =qE H （3-2）的作用。
电场力f e 的方向和洛仑兹力f m 方向恰好相反，它将阻碍电荷向侧面的继续积累，因此载流子在薄片侧面的积聚不会无限止地进行下去。
开始阶段，电场力f e 小于磁场力f m ，电荷将继续向侧面积聚。
随着积聚电荷的增加，电场不断增强，直到载流子受力f e = f m 时，达到一种平衡状态，载流子不再继续向侧面积聚，此时薄片中的横向（A 、B 两侧面之间）电场强度为 A U H E H E HU H IvB qf q f E m e H === 则横向电场在A 、B 两表面间产生的电势差—霍尔电势差U H 与E H 的关系为aU E H H =式中a 为样品宽度。
霍尔效应ABC
霍尔效应霍尔效应是霍尔于1879年发现的。
随后，根据该效应生产的霍尔器件，既可以检测磁场，也可以检测电流，还可以检测位移、振动以及其它只要能转换成位移量变化的非电量的物理量。
同时霍尔器件还具有线性特性好，灵敏度高，稳定性好，控制简单、方便等特点。
所以，霍尔器件在自动检测、自动控制和信息技术等方面得到了广泛地应用。
如在一些具有四遥（遥调、遥控、遥测、遥信）功能的设备上，霍尔效应产品随处可见。
随着我国四个现代化的逐步实现，霍尔器件的应用将会更为广泛。
本实验通过研究霍尔电压与工作电流的关系，测量电磁铁磁场、磁导率、研究霍尔电压与磁场的关系，从实验中认识霍尔效应和了解霍尔电压的特性，为以后的霍尔效应应用实验以及今后在自动检测和自动控制中应用霍尔元件打下一个良好基础。
一、霍尔效应及其产生机理一块长方形金属薄片或半导体薄片，若在某方向上通入电流I H ，在其垂直方向上加一磁场B ，则在垂直于电流和磁场的方向上将产生电位差U H ，这个现象称为“霍尔效应”。
U H 称为“霍尔电压”。
霍尔发现这个电位差U H 与电流强度I H 成正比，与磁感应强度B 成正比，与薄片的厚度d 成反比，即dB I R U H H H = （1） 式中R H 叫霍尔系数，它表示该材料产生霍尔效应能力的大小。
霍尔电压的产生可以用洛伦兹力来解释。
如图1所示，将一块厚度为d 、宽度为b 、长度为L 的半导体薄片（霍尔片）放置在磁场B 中，磁场B 沿Z 轴正方向。
当电流沿X 轴正方向通过半导体时，若薄片中的载流子（设为自由电子）以平均速度v 沿X 轴负方向作定向运动，所受的洛伦兹力为B ev f B ⨯= （2）在f B 的作用下自由电子受力偏转，结果向板面“I ”积聚，同时在板面“Ⅱ”上出现同数量的正电荷。
这样就形成一个沿Y 轴负方向上的横向电场，使自由电子在受沿Y 轴负方向上的洛伦兹力f B 的同时，也受一个沿Y 轴正方向的电场力f E 。
5.2_霍尔效应
b/mm 4.0
LAC/mm 5.0
α /(Gs/A) 4400
此处斜率为手动作图的数
此处斜率为手动作图的数
3.50 14.58 -14.53 14.55 -14.56 14.56
4.00 16.67 -16.62 16.63 -16.65 16.64 参数 数值 d/mm 0.20 测AC间电压（IM=0） IS/mA Vδ /mV 0.10 8.32
场）变化关11.11 -11.05 11.07 -11.10 11.08
100150200250ib4186248351043ib4176228321040ib4176238331041ib4186238341042平均值vhmv41862383410420100015002000250ib369552737925ib360547730919ib361548731920ib368553736923平均值vhmv365550734922霍尔电压随霍尔电流变化关系im045a霍尔电压随励磁电流磁场变化ivhmv方向imavhmv方向y4161x0002004006008001000120014001600180000005010015020025030035040045vhmvvhis曲线im045aismay3691x00020040060080010001200140016000000005001000150020002500300035004000450vhmvimavhim曲线is40ma300350400125014581667124614531662isma010124714551663vmv832124814561665124814561664参数dmm数值020030003500400111112981481110512921476110712941477111012971480110812951479斜率417ima045rhmmvgsa42e04rhm3c42e03化关系im045a变化关系is40ma测ac间电压im0450a霍尔电压随霍尔电流变化关系im045a此斜率368isma400rhmmvgsa42e04rhm3c42e0350霍尔电压随励磁电流磁场变化关系