霍尔效应

[010215] 霍耳效应测磁场

霍耳效应测磁场

霍尔效应是霍尔于1879年在他的导师罗兰指导下研究金属的导电机制时发现的。后来发现半导体，导电流体等也有这种效应，而半导体的霍耳效应比金属强得多。这一效应在科学实验和工程技术中得到了广泛应用。半导体霍耳元件在磁测量中应用广泛，现在通用的特斯拉计(高斯计)，其探头就是霍耳元件。由于霍尔元件的面积可以做得很小，所以可以用它测量某点的磁场和缝隙中的磁场，还可以利用这一效应来测量半导体中的载流子浓度及判别载流子的极性等。近年来霍尔效应得到了重要发展，冯·克利青在极强磁场和极低温度下发现了量子霍尔效应，它的应用发展成为一种新的实用的电阻标准和测定精细结构常数的精确方法。为此，冯·克利青获得1985年度诺贝尔物理学奖。流体中的霍耳效应是目前正在研究中的“磁流体发电”的理论基础。

[实验目的]

1.研究霍尔元件的特性，并测定其灵敏度；

2.测量电磁铁气隙中的磁感应强度；

3.了解霍尔效应的产生原理及其副效应的产生原理和消除方法。

[实验仪器]

马蹄形电磁铁，霍尔片，电流表，电池盒，数字万用表，换向开关，导线若干，霍尔效应实验仪。

［原理］

霍尔最初的实验是这样的：在一块长方形的薄金属片（霍尔片）两边的对称点1和2之间接上一个检流计(如图7.1所示)。为方便，取如图所示的直角坐标系。沿x轴正向通以电流I。若不加磁场，则检流计不显示任何偏转，这说明1和2两点电位相等。若在z轴方向加上磁场B，则检流计立即偏转。这说明1和2两点之间存在电位差。霍尔发现这个电位差与电流

I及磁感应强度B均成正比，与板的厚度d成反比，即

（7-1）

这叫霍尔公式。通常称UH为霍尔电压，RH为霍尔系数，KH为霍尔片的灵敏度，且

KH=RH/d。在当时，式(7-1)纯粹是一个经验公式，在洛伦兹的电子论提出来以后从理论上得到证明。霍尔电压的产生可以用洛伦兹力来解释。

图7.2 洛仑兹力的方向

磁场力即洛仑兹力为

= ×B（7-2）

按矢积的定义，上式中F的大小为：

（7-3）

式中

，为和B 之间的夹角，F 的方向垂直和B 构成的平面，并遵守右手螺旋法则，如图7.2所示。式（7-2)表明，洛仑兹力F的方向与电荷的正负有关。图2所示的是正电荷受力的方向，若是负电荷，则受力方向与此相反。

若电流沿X轴正方向通过霍尔片，如图7.3所示.

图7.3 霍尔效应的解释

则霍尔片中的载流子在磁场力作用下发生定向偏转，霍尔片两长边分别出现了正负电荷的聚积，因而两个端面有了电位差，并由此产生一个静电场，设其电场强度为EY则电子又受到一个静电力作用，其大小为

（7-4）

它的方向正好与洛仑兹力的方向相反。当这两个力的大小相等时，电子不再偏转，两边所积累的电荷也不再增加，此时

（7-5）

即（7-6）

或（7-7）

两个端面的电位差UH与场强E，的关系是：

（7-8）

其中b为霍尔片的宽度。设载流子浓度为n，单位时间内体积为里的载流子全部通过横截面，则电流强度I与载流子平均速度的关系为:

(7-9)

得到(7-10)

因而求得电位差(7-11)

式中，n为单位体积内的载流子数；e为载流子电荷；d为霍尔片厚度。令（称为霍耳系数），则端面出现的电位差可表示为

（7-12）

KH称为霍尔元件的灵敏度．由(7-12)式可见：

1．在一定的外磁场中，霍尔电压UH和通过霍尔片的电流强度I(工作电流)成正比。

2．在一定的工作电流I下，霍尔电压UH和外磁场磁感应强度B成正比。因此，根据工作电流I和对UH的测量，就可以算出B值：

（7-13）

这就是霍尔效应测磁场的原理。若将测得的UH值进行放大，最后用电表来指示，并通过一定的换算，在电表面板上直接刻以B的数值，这样就成为测量磁场的特斯拉计了．

由于霍尔效应的建立需要的时间很短(约在10-12～10-14s内)，因此使用霍尔元件时可以用直流电或交流电，若工作电流用交流电，则

所得的霍尔电压也是交变的。在使用交流电情况下，(7-12)式仍可使用，只是式中I和UH 应理解为有效值。

值得注意的是以上讨论都是在磁场方向与电流方向垂直的条件下进行的，这时霍尔电压最大，因此测量时应使霍尔片平面与被测磁感应强度矢量B的方向垂直，这样测量才能得到正确的结果.

利用霍尔效应不仅可以测量磁场，而且还可以根据霍尔电压的正负及磁场的方向确定半导体中载流子的类型。半导体材料有“N”型(电子型)和“P”型(空穴型)两种。前者的载流子为电子，带负电；后者的载流子为空穴，相当于带正电的粒子。由图7.1可以看出，对N型载流子，霍尔电压UH<0；对P型载流子，UH>O。

伴随霍尔效应还存在其它几个副效应，给霍尔电压的测量带来附加误差。例如，由于测电位的两电极位置不在同一等位面上而引起的电位差U0称为不等位电位差。U0的方向随电流方向而变，与磁场无关。另外还有几个副效应引起的附加误差UE、UN、UR、U0 (详见附录1)。由于这些电位差的符号与磁场、电流方向有关，因此在测量时改变磁场、电流方向就可以减小和消除这些附加误差，故取(+B，+I)、(+B，-I)、(-B，-I)、(-B，+I)四种条件下进行测量，将测量到的四个电压值取绝对值平均，作为UH的测量结果。

[实验内容]

1．用霍尔效应实验仪测绘霍尔电压UH和工作电流IS的关系曲线，测定霍尔片的灵敏度KH

1.为了准确测量，应先对测试仪进行调零，即将测试仪的“IS调节”和“IM”调节，旋钮

均置零位，待开机数分钟后若V0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”。同时观察霍尔片是否在电磁铁气隙的中心，若有偏离，

可通过调节X和Y方向的螺丝将霍尔片调至气隙的中心。

2.仔细阅读本仪器使用说明书后，按图7.4连接测试仪和实验仪之间相应的IS、V。

和IM各组连线。IS及IM换向开关投向上方，表明IS及IM均为正值(即IS沿X

方向，B沿Z方向)，反之为负值。V。、VH切换开关投向上方测UH。(样品各电

极及励磁线圈引线与对应的双刀开关之间连线已由制造厂家连接好)。

（3）固定励磁电流Im=300mA，改变工作电流IS的大小，IS分别取2、4、6、8、10mA读出霍尔电压UH的大小,测量时注意改变磁场和工作电流的方向消除副效应。作出霍尔电压UH工作电流Is的关系曲线．理论上讲，UH-IS关系图是一条过坐标原点“0”的直线．其斜率为KHB．根据作出的UH—IS关系图和给出的B值，测出霍尔元件的灵敏度KH为多少(V／A·T)。

注意：严禁将测试仪的励磁电源“IM输出”误接到实验仪的“IS输入”或“V。、VH输出”处，否则一旦通电，霍尔器件即遭损坏!

工作电流I(mA) 2 46810

霍 UH (+B，+Ic)

尔 UH (+B，-Ic)

电 UH (-B，-Ic)

压 UH (-B，+Ic)

(mV) UH

图7.4 霍尔效应实验仪示意图

1.用霍尔效应实验仪测定电磁铁气隙的磁感应强度B

通过上面的实验可求出霍尔片的灵敏度系数KH，在此基础上，若已知通过霍尔片的工作电流Is，从仪器上读出霍尔电压UH，便可求出霍尔片所在的电磁铁气隙中的磁感应强度B。在实验中固定霍尔片的工作电流Is=2mA，改变励磁电流Im分别为100、200、300、400、500、600mA，读出霍尔电压，求出在不同励磁电流下，电磁铁气隙中的磁感应强度值，测量时同样注意改变磁场和控制电流的方向消除副效应。

100 200 300 400 500 600

励磁电流I(mA)

霍 UH (+B，+Ic)

尔 UH (+B，-Ic)

电 UH (-B，-Ic)

压 UH (-B，+Ic)

(mV) UH

3．用自组的电路测定霍尔片的灵敏度系数及电磁铁气隙的磁感应强度B（选做）

按图7.5接好线路．将霍尔片移至电磁铁气隙中心，各换向开关(即K2、K4、K5)置于接通位置，调电磁铁励磁电流IM为O．8A，霍尔元件的工作电流IS依次取lmA、2mA、3mA、4mA、5mA、6mA、7mA、8mA．测出相应的霍尔电压UH。通过换向开关要消除副效应的影响。在坐标纸上作出霍尔电压UH与工作电流IS的关系曲线。根据作出的UH—IS关系图和给出的B值，测出霍尔元件的灵敏度KH为多少(V／A·T)。

然后使霍尔片的工作电流IS固定为6mA，励磁电流IM调为1A，测出霍尔电压的大小(要消除副效应的影响)，由(7-13)式算出该处磁场的磁感应强度B。将霍尔片移离该位置，用CT3型特斯拉计测出该处的B值(特斯拉计的使用详见附录1)。比较用霍尔效应仪和特斯拉计测出的B值，以特斯拉计测出的B为准算一下百分偏差。

图7.5 霍尔效应的实验电路图

附录1

在推导上列公式时是从简化的理想情况出发的，但实际情况要复杂得多。除霍尔效应外，还有其他一些副效应与霍尔效应混在一起，使霍尔电压的测量产生误差，因此必须尽量消除之。

下面简单介绍各种副效应的特点。

(1)霍尔效应所引起的霍尔电压UH是指图7.1中1和2两点间的霍尔电压，UH的大小与电流I的大小及磁场B的大小有关。UH的正负与磁场B的方向、电流I的方向及材料的性质有关。

(2)厄廷好森(Etinghausen)效应所引起的电位差UE是指由于载流子实际上是以不同的速度在平行于Z轴的方向上运动着，因此在磁场作用下，大于或小于平均速度的载流子在洛伦兹力和霍尔电场力的共同作用下，向Z轴的正向或反向两侧偏转，其动能在霍尔片两侧转化为热能，结果在1和2两点间产生温差，从而出现温差电动势UE。UE∝IB, UE的正负与I 及B的方向有关。

(3)能斯脱(Nernst)效应所引起的电位差UN是指由于接点3、4处的接触电阻可能不同，或由于电极、半导体材料不同而产生不同的焦耳热，使得电极3和4两点的温度不同，从而引起载流子在X方向的运动产生热流，它在磁场作用下在1和2两点间产生电位差UN。当只考虑接触电阻差异而导致的能斯脱效应时，UN的符号只与磁场B的方向有关。

(4)里纪一勒杜克(Righi—Leduc)效应所引起的电位差UR是指由于上述热流中的载流子的速度各不相同，在磁场作用下也会使1和2两点间出现温差电动势UR，同样，若只考虑3、4处接触电阻差异而产生的热流，则UR的方向只与B的方向有关。

(5)不等位效应所引起的电位差U0是指由于制作上的困难，1、2两点不可能恰好处在同一条等位线上，因而只要样品中有电流通过，即使磁场B不存在，1和2两点间也会出现电位差U0。U0的正负只与工作电流的方向有关，严格地说，U0的大小在磁场不同时也略有不同。

上述四种副效应中除了厄廷好森效应外，都可以通过改变工作电流的方向和外加磁场B的方向来消除或减小。一般UE等的大小都远小于UH，它们对霍尔系数的测量会带来附加误差，不过对用霍尔效应测磁场的影响却极小，因UE也和IB成正比。

［仪器介绍］

[思考题]

1.试分析霍尔效应法测磁场的误差来源。

2.怎样利用霍尔效应确定载流子电荷的正负和测量载流子浓度?

3.除了换向法外，还有否其它方法能消除霍尔效应副效应的影响?

霍尔效应实验报告

霍尔效应实验一、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IM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、实验仪器霍尔效应实验仪和测试仪三、实验原理运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力的作用而引起偏转，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（霍尔电场），这就是霍尔效应的本质。由于产生霍尔效应的同时，伴随多种副效应，以致实测的霍尔电场间电压不等于真实的V H 值，因此必需设法消除。根据副效应产生的机理，采用电流和磁场换向的对称测量法基本上能把副效应的影响从测量结果中消除。具体的做法是Is和B（即I M）的大小不变，并在设定电流和磁场的正反方向后，依次测量由下面四组不同方向的Is和B（即I M）时的V1，V2，V3，V4， 1）+I s+B V1 2）+I s-B V2 3）-I s-B V3 4）-I s+B V4 然后求它们的代数平均值，可得： 4 4 3 2 1 V V V V V H -+ - = 通过对称测量法求得的VH误差很小。

四、实验步骤 1.测量霍尔电压VH与工作电流Is的关系 1）先将Is，I M都调零，调节中间的霍尔电压表，使其显示为0mV。 2）将霍尔元件移至线圈中心，调节IM =0.45A，按表中所示进行调节，测量当I M正(反)向时, I S正向和反向时的V H值填入表1，做出V H -I S 曲线。表1 VH-IS 关系测量表 IM =0.45A 2．测量霍尔电压V H与励磁电流I M的关系 1）先将Is调节至4.50mA。 2）调节励磁电流I M如表2，分别测量霍尔电压V H值填入表2中。3）根据表2中所测得的数据，绘出I M—V H曲线

大学物理仿真实验——霍尔效应

大学物理实验报告姓名：wuming 1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。 2简单的实验报告数据分析（1）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

霍尔效应

实验霍尔效应霍尔效应是磁电效应的一种。在匀强磁场中放一金属薄板，使板面与磁场方向垂直，在金属薄板中沿着与磁场垂直的方向通电流时，金属薄板的两侧面间会出现电势差。这一现象是霍尔（A.H.Hall ，1855-1938）于1879年发现的。一、实验目的 1、了解霍尔效应实验原理 2、学习用对称法消除负效应的影响，测量H s V I -和 H M V I -曲线。 3、确定试样的导电类型，载流子浓度以及迁移率。二、实验室提供的仪器和用具霍尔效应测试仪(TH--H 型);霍尔效应实验仪 (TH--H 型); 配套专用线六根。三、仪器简介霍尔效应测试仪(TH--H 型)面板如图1，霍尔效应实验仪 (TH--H 型) 面板如图2 测试仪说明和使用注意事项：（1）图1中测试仪的“I S 输出”是霍尔器件工作电流源，“I M 输出”是电磁铁励磁电流源。面板上的“I S 输出”、“I M 输出”和“V H 、V O 输入”三对接线柱应分别与实验仪上的三对相应的接线柱正确连接，严禁将测试仪I M 输出错误接到实验仪的I S 输入或V H 、V O 输出处，否则通电后霍尔器件将遭损坏。（2）测试仪开机前应将I S 、I M 调节旋钮逆时针方向旋到底，使其输出电流趋于最小状态后，方可开机。测试仪接通电源后，预热数分钟即可进行实验。顺时针调节I S 、I M 调节旋钮即可增加输出电流。（3）关机前应再次将I S 、I M 调节旋钮逆时针方向旋到底，使其输出电流趋于0后，方可切断电源。霍尔效应实验仪说明和使用注意事项：（1）图2中的霍尔片样品为N 型半导体硅单晶片，厚度b=0.5mm ，宽度a=4.0mm ；电磁铁的磁感应强度B 由磁铁上参数和输入电流算出，例如B=I M ×（）KGS/A=（）T 注：1T=104GS 四、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伦兹力作用而引起的偏转。当带电粒子（电子或者空穴）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集，从而形成附加的横向电厂，即霍尔电场。

霍尔效应的原理及应用

学号：1003618095河南大学民生学院毕业论文（2014届）年级2010级专业班级电子信息科学与技术学生姓名范博指导教师姓名翟俊梅指导教师职称副教授论文完成时间2014-04-22 河南大学民生学院教务部二○一三年印制

目录目录摘要 (1) 一霍尔效应 (2) 1.1经典霍尔效应 (2) 1.2经典霍尔效应误差 (3) 二量子霍尔定律 (3) 三霍尔元件 (6) 3.1霍尔器件 (6) 3.2霍尔元件 (7) 3.3霍尔元件的特点 (8) 四霍尔效应的应用 (8) （1）工程技术中的应用 (9) （2）日常生活中的应用 (10) （3）科学技术中的应用 (11) 五结语 (11) 六参考文献 (12)

霍尔效应的原理及应用范博（河南大学民生学院，河南开封，475004）摘要霍尔效应是电磁效应，这种现象是美国的物理学家霍尔于1879年在校读研期间将载流子的导体放入磁场中的做受力作用实验的时候发现的。实验中电流垂直在导体的外磁场并通过导体时，导体垂直磁场与电流两个方向的端面之间就会产生出一种电势差，产生的这种现象就是霍尔效应。在实在验中产生的电势差被名为霍尔电势差。 Principle and Application of Hall effect Abstract：Hall effect is a kind of electromagnetic effect,This phenomenon is caused by the American physicist A-H-Hall in 1879 when the carriers do during graduate conductors in a magnetic field by the force of the experimental findings.When the current is perpendicular to the external magnetic field and through the conductor, the conductor is perpendicular to the magnetic field and electric current produces electric potential difference between the two direction of end face, this phenomenon is called the hall effect. The electric potential difference caused by experiment have been called hall electric potential difference.

霍尔效应

霍尔效应一、简介霍尔效应是磁电效应的一种，这一现象是霍尔（A.H.Hall ，1855—1938）于1879年在研究金属的导电机构时发现的。后来发现半导体、导电流体等也有这种效应，而半导体的霍尔效应比金属强得多，利用这现象制成的各种霍尔元件，广泛地应用于工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面。霍尔效应是研究半导体材料性能的基本方法。通过霍尔效应实验测定的霍尔系数，能够判断半导体材料的导电类型、载流子浓度及载流子迁移率等重要参数。流体中的霍尔效应是研究“磁流体发电”的理论基础。二、理论知识 1． 1．霍尔效应将一块半导体或导体材料，沿Z 方向加以磁场B ，沿X 方向通以工作电流I ，则在Y 方向产生出电动势H V ，如图1所示，这现象称为霍尔效应。H V 称为霍尔电压。 (a) (b) 图1 霍尔效应原理图实验表明，在磁场不太强时，电位差H V 与电流强度I 和磁感应强度B 成正比，与板的厚度d 成反比，即 d IB R V H H =(1) 或 IB K V H H =(2) 式（1）中H R 称为霍尔系数，式（2）中H K 称为霍尔元件的灵敏度，单位为mv / (mA ·T)。产生霍尔效应的原因是形成电流的作定向运动的带电粒子即载流子（N 型半导体中的载流子是带负电荷的电子，P 型半导体中的载流子是带正电荷的空穴）在磁场中所受到的洛仑兹力作用而产生的。如图1（a ）所示，一快长为l 、宽为b 、厚为d 的N 型单晶薄片，置于沿Z 轴方向的磁场B 中，在X 轴方向通以电流I ，则其中的载流子——电子所受到的洛仑兹力为 j eVB B V e B V q F m -=?-=?=(3) 式中V 为电子的漂移运动速度，其方向沿X 轴的负方向。e 为电子的电荷量。m F 指向Y 轴的负方向。自由电子受力偏转的结果，向A 侧面积聚，同时在B 侧面上出现同数量的正电荷，在两侧面间形成一个沿Y 轴负方向上的横向电场H E （即霍尔电场），使运动电子受

霍尔器件在电机中的原理及作用介绍

霍尔器件在电机中的原理及作用介绍霍尔器件是一种磁传感器。用它们可以检测磁场及其变化，可在各种与磁场有关的场合中使用。霍尔器件以霍尔效应为其工作基础。霍尔器件具有许多优点，它们的结构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高（可达1MHZ），耐震动，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀。原理：有霍尔型是通过电机的霍尔型号来判断当前电机运动的状态，然后控制器根据霍尔所采集的信号再控制控制器的三相输出来给电机供电，让电机持续正常的工作。无霍尔型的是电机无霍尔传感器，控制器通过电流采集来判断电机当前的运动状态，然后控制控制器输出来给电机供电，让电机争产工作。作用：有霍尔型电机和控制器在使用时稳定，启动时扭矩大，无异响。无霍尔型电机和控制器在使用时因技术问题，目前还不是很稳定，特别是在起步阶段，稳定性差，动力不够。在电动自行车中有多处利用了霍尔传感器，如调速转把，刹把，以及无刷电机中等。电动车调速转把：调速转把顾名思义是电动车的调速部件，这是一种线性调速部件，样式很多但工作原理是一样的。它一般位于电动车的右边，既骑行时右手的方向，电动车转把的转动角度范围在0—30度制之间。电动车刹把：转把信号是电动车电机旋转的驱动信号，刹信号是电机停止转动的制动信号。电动车标准要求电动车在刹车制动时，控制器应能自动切断对电机的供电。因此电动车闸把上应该有闸把位置传感元件，在有捏刹车把动作时，将刹车信号传给控制器，控制器接受到刹车信号后，立即停止对电机的供电。无刷电机：现在的电动助力车，一般都采用如下三种电机：高效低速稀土永磁直流无刷电机、高效低速永磁直流有刷电机、高效高速稀土永磁直流有刷电机。直流电机在转动过程中，绕组中的电流要不断地改变方向，以使转子向一个方向转动。其中，有刷

霍尔效应实验报告98010

霍尔效应与应用设计摘要：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。本文主要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。关键词：霍尔系数，电导率，载流子浓度。一．引言【实验背景】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，称为霍尔效应。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。【实验目的】 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。二、实验内容与数据处理【实验原理】一、霍尔效应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。如图1所示。当载流子所受的横电场力与洛仑兹力相等时，样品两侧电荷的积累就达到平衡，故有 B e eE H v = 其中E H 称为霍尔电场，v 是载流子在电流方向上的平均漂移速度。设试样的宽度为b ， ? a

厚度为d ，载流子浓度为n ，则 bd ne t lbde n t q I S v =??=??= d B I R d B I ne b E V S H S H H =?= ?=1 比例系数R H =1/ne 称为霍尔系数。 1．由R H 的符号（或霍尔电压的正负）判断样品的导电类型。 2．由R H 求载流子浓度n ，即 e R n H ?= 1 （4） 3．结合电导率的测量，求载流子的迁移率μ。电导率σ与载流子浓度n 以及迁移率μ之间有如下关系 μσne = （5）即σμ?=H R ，测出σ值即可求μ。电导率σ可以通过在零磁场下，测量B 、C 电极间的电位差为V BC ，由下式求得σ。 S L V I BC BC s ?= σ（6）二、实验中的副效应及其消除方法：在产生霍尔效应的同时，因伴随着多种副效应，以致实验测得的霍尔电极A 、A′之间的电压为V H 与各副效应电压的叠加值，因此必须设法消除。（1）不等势电压降V 0 如图2所示，由于测量霍尔电压的A 、A′两电极不可能绝对对称地焊在霍尔片的两侧，位置不在一个理想的等势面上，Vo 可以通过改变Is 的方向予以消除。（2）爱廷豪森效应—热电效应引起的附加电压V E 构成电流的载流子速度不同，又因速度大的载流子的能量大,所以速度大的粒子聚集的一侧温度高于另一侧。电极和半导体之间形成温差电偶,这一温差产生温差电动势V E ，如果采用交流电，则由于交流变化快使得爱延好森效应来不及建立，可以减小测量误差。（3）能斯托效应—热磁效应直接引起的附加电压V N

霍尔效应法测量磁场

霍尔效应测磁场霍尔效应是导电材料中的电流与磁场相互作用而产生电动势的效应。1879年美国霍普金斯大学研究生霍尔在研究金属导电机理时发现了这种电磁现象，故称霍尔效应。后来曾有人利用霍尔效应制成测量磁场的磁传感器，但因金属的霍尔效应太弱而未能得到实际应用。随着半导体材料和制造工艺的发展，人们又利用半导体材料制成霍尔元件，由于它的霍尔效应显著而得到实用和发展，现在广泛用于非电量的测量、电动控制、电磁测量和计算装置方面。在电流体中的霍尔效应也是目前在研究中的“磁流体发电”的理论基础。近年来，霍尔效应实验不断有新发现。1980年原西德物理学家冯·克利青研究二维电子气系统的输运特性，在低温和强磁场下发现了量子霍尔效应，这是凝聚态物理领域最重要的发现之一。目前对量子霍尔效应正在进行深入研究，并取得了重要应用，例如用于确定电阻的自然基准，可以极为精确地测量光谱精细结构常数等。在磁场、磁路等磁现象的研究和应用中，霍尔效应及其元件是不可缺少的，利用它观测磁场直观、干扰小、灵敏度高、效果明显。【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，了解霍尔电势差V H与霍尔元件工作电流Is、磁感应强度B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。【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。如图13-1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。设电子按均一速度，向图示的X负方向运动，在磁场B作用下，所受洛仑兹力为：式中：e 为电子电量，为电子的漂移平均速度，B为磁场的磁感应强度。同时，电场作用于电子所受电场力为：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：　（13-1）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

霍尔效应实验仪原理及其应用

一、实验名称：霍尔效应原理及其应用二、实验目的： 1、了解霍尔效应产生原理； 2、测量霍尔元件的H s V I -、H m V I -曲线，了解霍尔电压H V 与霍尔元件工作电流s I 、直螺线管的励磁电流 m I 间的关系； 3、学习用霍尔元件测量磁感应强度的原理和方法，测量长直螺旋管轴向磁感应强度B 及分布； 4、学习用对称交换测量法（异号法）消除负效应产生的系统误差。三、仪器用具：YX-04型霍尔效应实验仪（仪器资产编号）四、实验原理： 1、霍尔效应现象及物理解释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 B f 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于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。对于图１所示。半导体样品，若在ｘ方向通以电流s I ，在ｚ方向加磁场B ，则在ｙ方向即样品Ａ、Ａ′电极两侧就开始聚积异号电荷而产生相应的电场H E ，电场的指向取决于样品的导电类型。显然，当载流子所受的横向电场力 E B f f <时电荷不断聚积，电场不断加强，直到 E B f f =样品两侧电荷的积累就达到平衡，即样品Ａ、Ａ′间形成了稳定的电势差（霍尔电压） H V 。

设 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；样品的宽度为b ，厚度为d ，载流子浓度为n ，则有： s I nevbd = （1－1）因为 E H f eE =，B f evB =，又根据E B f f =，则 1s s H H H I B I B V E b R ne d d =?= ?= （1－2）其中 1/()H R ne =称为霍尔系数，是反映材料霍尔效应强弱的重要参数。只要测出H V 、B 以及知道s I 和d ，可按下式计算3 (/)H R m c ： H H s V d R I B = （1－3） B I U K S H H /= （1—4） H K 为霍尔元件灵敏度。根据ＲH 可进一步确定以下参数。（１）由 H V 的符号（霍尔电压的正负）判断样品的导电类型。判别的方法是按图１所示的 s I 和B 的方向（即测量中的＋ s I ，＋B ），若测得的 H V ＜０（即Ａ′的电位低于Ａ的电位），则样品属Ｎ型，反之为Ｐ型。（２）由 H V 求载流子浓度n ，即 1/() H n K ed =。应该指出，这个关系式是假定所有载流子都具有相同的漂移速度得到的。严格一点，考虑载流子的速度统计分布，需引入3/8π的修正因子（可参阅黄昆、谢希德著《半导体物理学》）。（３）结合电导率的测量，求载流子的迁移率μ。电导率σ与载流子浓度n 以及迁移率μ之间有如下关系：

霍尔效应

第三章霍尔效应计算公式在本章开始之前，我们首先来回顾一下霍尔效应的几个参数。霍尔效应主要有面电阻率，体电阻率，面霍尔系数，体霍尔系数，面载流子浓度，体载流子浓度，霍尔迁移率这么几个参数。体电阻率是材料直接通过泄漏电流的能力的度量。体电阻率定义为边长1厘米的立方体材料的电阻，单位为。面电阻率定义为材料表面的电阻，单位为（通常称为方块电阻）。体霍尔系数，它表示材料产生霍尔效应的本领大小，单位为。面霍尔系数单位为。体载流子浓度单位为，面载流子浓度单位为。霍尔迁移率指载流子（电子或空穴）在单位电场作用下的平均漂移速度，即载流子在电场作用下运动速度的快慢的量度，单位为。霍尔效应的测量主要使用两种单位制：国际单位制（SI）和被称为“实验室单位”的单位制、实验室单位制混合了国际单位制、CGS静电制和CGS电磁制。下文的公式都采用实验室单位制。在测试软件里，为了数据录入更方便，一般都使用实验室单位制。在所有的例子中，电压以伏特（V）为单位，电流以安培（A）为单位，电阻为欧姆（Ω）为单位。其他量的单位都以括号内的为准。以下是标号的含义。，V表示电压，左上角的表示施加在样品上的电流正负方向；右下角前两个数字ij表示电流从电极i流进（I+），从电极j流出（I-）；后两个数字表示电极k（V+）和电极l（V-）之间的电压

之差，即；括号内表示施加在样品上的磁场大小和方向。，I表示电流，左上角表示电流方向，右下角两个数字ij表示电流从电极i流进（I+），从电极j流出（I-）；括号内表示施加在样品上的磁场大小和方向，方向定义见图3.1，即从上面观测，磁场方向垂直于样品且指向观测者，这个方向为正。图3.1 磁场方向定义下面分别介绍Van der Pauw法和Hall Bar法的实际测量计算公式。3.1 Van der Pauw法 1958年，范德堡（Van der Pauw,L.J）发表了两篇论文，《A method of measuring specific resistivity and Hall effect of discs of arbitrary shape》和《A method of measuring specific resistivity and Hall coefficient on lamellae of arbitrary shape》，阐述了一种测量了电阻率和霍尔系数的新的方法，从理论上证明了这种针对单连通任意形状均匀等厚薄片样品的测量方法。 Van Der Pauw法能计算出一个任意形状但扁平的样品的电阻率，载流子浓度和迁移率，当然样品需要满足以下条件，接触点在样品的周围；接触点从分的小；

霍尔效应

霍尔效应 1879年，24岁的美国人霍尔在研究载流导体在磁场中所受力的性质时看，发现了一种电磁效应，即如果在电流的垂直方向加上磁场，则在同电流和磁场都垂直的方向上将建立一个电场。这个效应后来被称为霍尔效应。产生的电压(U H)，叫做霍尔电压。好比一条路, 本来大家是均匀的分布在路面上, 往前移动。当有磁场时, 大家可能会被推到靠路的右边行走，故路(导体) 的两侧, 就会产生电压差。这个就叫“霍尔效应”。根据霍尔效应做成的霍尔器件，就是以磁场为工作媒体，将物体的运动参量转变为数字电压的形式输出，使之具备传感和开关的功能，广泛地应用于工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面。通过霍尔效应实验测定的霍尔系数，能够判断半导体材料的导电类型、载流子浓度及载流子迁移率等重要参数。许多人都知道，轿车的自动化程度越高，微电子电路越多，就越怕电磁干扰。而在汽车上有许多灯具和电器件，尤其是功率较大的前照灯、空调电机和雨刮器电机在开关时会产生浪涌电流，使机械式开关触点产生电弧，产生较大的电磁干扰信号。采用功率霍尔开关电路可以减小这些现象。实验目的 1. 了解霍尔效应实验原理 2. 测量霍尔电流与霍尔电压之间和励磁电流与霍尔电压之间的关系 3. 学会用霍尔元件测量磁场分布的基本方法 4. 学会用“对称测量法”消除负效应的影响实验原理 1. 霍尔效应霍尔效应是磁电效应的一种，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I沿X轴方向垂直于外磁场B(沿Z方向)通过导体时，在Y方向，即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V H，如图1所示，这现象称为霍尔效应。这个电势差也被叫做霍尔电压。

大学物理实验报告霍尔效应

大学物理实验报告霍尔效应一、实验名称：霍尔效应原理及其应用二、实验目的：1、了解霍尔效应产生原理；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间的关系；3、学习用霍尔元件测量磁感应强度的原理和方法，测量长直螺旋管轴向磁感应强度及分布；4、学习用对称交换测量法(异号法)消除负效应产生的系统误差。三、仪器用具：YX-04 型霍尔效应实验仪(仪器资产编号)四、实验原理：1、霍尔效应现象及物理解释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于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。对于图1 所示。半导体样品，若在x 方向通以电流，在z 方向加磁场，则在y 方向即样品A、A′电极两侧就开始聚积异号电荷而产生相应的电场，电场的指向取决于样品的导电类型。显然，当载流子所受的横向电场力时电荷不断聚积，电场不断加强，直到样品两侧电荷的积累就达到平衡，即样品A、A′间形成了稳定的电势差(霍尔电压)。设为霍尔电场，是载流子在电流方向上的平均漂移速度；样品的宽度为，厚度为，载流子浓度为，则有：(1-1) 因为，，又根据，则(1-2)其中称为霍尔系数，是反映材料霍尔效应强弱的重要参数。只要测出、以及知道和，可按下式计算：(1-3)(1-4)为霍尔元件灵敏度。根据RH 可进一步确定以下参数。(1)由的符号(霍尔电压的正负)判断样品的导电类型。判别的方法是按图1 所示的和的方向(即测量中的+，+)，若测得的 <0(即A′的电位低于A 的电位)，则样品属N 型，反之为P 型。(2)由求载流子浓度，即。应该指出，这个关系式是假定所有载流子都具有相同的漂移速度得到的。严格一点，考虑载流子的速度统计分布，需引入的修正因子(可参阅黄昆、谢希德著《半导体物理学》)。(3)结合电导率的测量，求载流子的迁移率。电导率与载流子浓度以及迁移率之间有如下关系：(1-5)2、霍尔效应中的副效应及其消除方法上述推导是从理想情况出发的，实际情况要复杂得多。产生上述霍尔效应的同时还伴随产生四种副效应，使的测量产生系统误差，如图 2 所示。 (1)厄廷好森效应引起的电势差。由于电子实际上并非以同一速度v 沿y 轴负向运动，速度大的电子回转半径大，能较快地到达接点3 的侧面，从而导致3 侧面较4 侧面集中较多能量高的电子，结果3、4 侧面出现温差，产生温差电动势。可以证明。的正负与和的方向有关。(2)能斯特效应引起的电势差。焊点1、2 间接触电阻可能不同，通电发热程度不同，故1、2 两点间温度可能不同，于是引起热扩散电流。与霍尔效应类似，该热扩散电流也会在 3、4 点间形成电势差。若只考虑接触电阻的差异，则的方向仅与磁场的方向有关。(3)里纪-勒杜克效应产生的电势差。上述热扩散电流的载流子由于速度不同，根据厄廷好森效应同样的理由，又会在3、4 点间形成温差电动势。的正负仅与的方向有关，而与的方向无关。(4)不等电势效应引起的电势差。由于制造上的困难及材料的不均匀性，3、4 两点实际上不可能在同一等势面上，只要有电流沿x 方向流过，即使没有磁场，3、4 两点间也会出现电势差。的正负只与电流的方向有关，而与的方向无关。综上所述，在确定的磁场和电流下，实际测出的电压是霍尔

霍尔效应

霍尔效应摘要:霍尔效应是霍尔--德国物理学家于1879年在他的导师罗兰的指导下发现的这一效应，这一效应在科学实验和工程技术中得到广泛应用。可以用它测量磁场、半导体中载流子的浓度及判别载流子的极性，还可以利用这一原理作成各种霍尔器件，已广泛地应用到各个领域中。近年来霍尔效应得到了重要发展，冯·克利青发现了量子霍尔效应，为此，冯·克利青获得1985年度诺贝尔物理学奖。关键词: 霍尔效应副效应霍尔电压直流电压高精度的隔离传送和检测直流电流高精度的隔离检测监控量越限时准确的隔离报警引言:利用霍尔效应电压与磁场的线性关系可知，通过测量元件两端的电压，可以得知空间某区域的磁场分布及其此处的磁感应强度。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、寿命长、可靠性高等优点，已广泛用于非电量测量和信息处理等方面。正文：通过自己多次到实验室去体验并做了这些试验，本试验共有4个实验--霍尔效应、直流电压高精度的隔离传送和检测、直流电流高精度的隔离检测和监控量越限时准确的隔离报警。现在把实验内容及其结论在下面做详细介绍：一、霍尔效应试验实验目的：认识霍尔效应并懂得其机理；研究霍尔电压与工作电流的关系；研究霍尔电压与磁场的关系；了解霍尔效应的副效应及消除方法。实验原理：霍尔元件是根据霍尔效应原理制成的磁电转元件，如图所示

图1.1 霍尔效应磁原理图1.2 霍尔效应磁电转换在磁场不太强时，电位差H V 与电流强度I 和磁感应强度B 成正比，与板的厚度 d 成反比，即 d IB R V H H =(1.1)或 IB K V H H =(1.2)式（1.1）中H R 称为霍尔系数，式（1.2）中H K 称为霍尔元件的灵敏度，单位为mv /(mA ·T)。如图1.1所示，一快长为l 、宽为b 、厚为d 的N 型单晶薄片，置于沿Z 轴方向的磁场B 中，在 X 轴方向通以电流I ，则其中的载流子—电子所受到的洛仑兹力为 j eVB B V e B V q F m -=?-=?=(1.3)。即b V e eVB H =得 VBb V H =(1.5)此时B 端电位高于A 端电位。若N 型单晶中的电子浓度为n ，则流过样片横截面的电流 I =nebdV (1.6) 得 nebd I V = (1.7)将(1.6)式代入(1.5)式得 IB K d IB R IB ned V H H H === 1 (1.8)式中ne R H 1=称为霍尔系数，ned K H 1=称为霍尔元件的灵敏度，一般地说，H K 愈大愈好，以便获得较大的霍尔电压H V 。由（1.8）式可知，如果霍尔元件的灵敏度H R 已知，测得了控制电流I 和产生的霍尔电压H V ，则可测定霍尔元件所在处的磁感应强度为H H IK V B = 。霍尔效应实

霍尔效应实验报告

大学物理实验报告课程名称：普通物理实验（2）实验名称：霍尔效应学院：专业班级：学生：学号：实验地点：座位号：实验时间：

一、实验目的： 1、了解霍尔效应法测磁感应强度S I 的原理和方法； 2、学会用霍尔元件测量通电螺线管轴向磁场分布的基本方法；二、实验仪器：霍尔元件测螺线管轴向磁场装置、多量程电流表2只、电势差计、滑动变阻器、双路直流稳压电源、双刀双掷开关、连接导线15根。三、实验原理： 1、霍尔效应霍尔效应本质上是运动的带电粒子在磁场中受洛仑磁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，从而形成附加的横加电场，即霍尔电场H E . 如果H E <0，则说明载流子为电子，则为n 型试样；如果H E >0，则说明载流子为空穴，即为p 型试样。显然霍尔电场H E 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e H E 与洛仑磁力B v e 相等，样品两侧电荷的积累就达到动态平衡，故有： e H E =-B v e 其中E H 为霍尔电场，v 是载流子在电流方向上的平均速度。若试样的宽度为b ，厚度为d ，载流子浓度为n ，则 bd v ne I = 由上面两式可得： d B I R d B I ne b E V S H S H H == =1 （3）即霍尔电压H V （上下两端之间的电压）与B I S 乘积成正比与试样厚度d 成反比。比列系数ne R H 1 = 称为霍尔系数，它是反应材料霍尔效应强弱的重要参量。只要测出H V 以及知道S I 、B 和d 可按下式计算H R : 410?= B I d V R S H H 2、霍尔系数H R 与其他参量间的关系根据H R 可进一步确定以下参量：（1）由H R 的符号（或霍尔电压的正负）判断样品的导电类型。判别方法是电压为负，H R 为负，样品属于n 型；反之则为p 型。（2）由H R 求载流子浓度n.即e R n H 1 = 这个关系式是假定所有载流子都具有相同的漂移速度得到的。（3）结合电导率的测量，求载流子的迁移率μ与载流子浓度n 以及迁移率μ之间有如下关系 μσne = 即μ=σH R ,测出σ值即可求μ。 3、霍尔效应与材料性能的关系

霍尔效应的应用实验报告

一、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IM 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、器材： 1、实验仪：（1）电磁铁。（2）样品和样品架。（3）Is 和I M 换向开关及V H 、V ó 切换开关。 2、测试仪：（1）两组恒流源。（2）直流数字电压表。三、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H E 。如图15-1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。对图所示的N 型试样，霍尔电场逆Y 方向，（b ）的P 型试样则沿Y 方向。即有 ) (P 0)() (N 0)(型型?>?

霍尔效应实验报告

南昌大学物理实验报告课程名称：普通物理实验（2）实验名称：霍尔效应学院：专业班级：学生姓名：学号：实验地点：座位号：实验时间：

霍尔传感器简介

霍尔效应-----------------百度百科编辑本段发现霍尔效应在1879年被E.H. 霍尔发现，它定义了磁场和感应电压之间的关系，这种效应和传统的感应效果完全不同。当电流通过一个位于磁场中的导体的时候，磁场会对导体中的电子产生一个垂直于弟子运动方向上的的作用力，从而在导体的两端产生电压差。虽然这个效应多年前就已经被大家知道并理解，但基于霍尔效应的传感器在材料工艺获得重大进展前并不实用，直到出现了高强度的恒定磁体和工作于小电压输出的信号调节电路。根据设计和配置的不同，霍尔效应传感器可以作为开/关传感器或者线性传感器。霍尔效应编辑本段解释在导体上外加与电流方向垂直的磁场，会使得导线中的电子与电洞受到不同方向的洛伦兹力而往不同方向上聚集，在聚集起来的电子与电洞之间会产生电场，此一电场将会使后来的电子电洞受到电力作用而平衡掉磁场造成的洛伦兹力，使得后来的电子电洞能顺利通过

方便起见，假设导体为一个长方体，长度分别为a,b,d，磁场垂直ab平面。电流经过ad，电流I = nqv(ad)，n为电荷密度。设霍尔电压为VH，导体沿霍尔电压方向的电场为VH / a。设磁场强度为B。霍尔效应推导 ? 编辑本段相关反应量子霍尔效应热霍尔效应：垂直磁场的导体会有温度差。 Corbino效应：垂直磁场的薄圆碟会产生一个圆周方向的电流。自旋霍尔效应编辑本段本质固体材料中的载流子在外加磁场中运动时，因为受到洛仑兹力的作用而使轨迹发生偏移，并在材料两侧产生电荷积累，形成垂直于电流方向的电场，最终使载流子受到的洛仑兹力与电场斥力相平衡，从而在两侧建立起一个稳定的电势差即霍尔电压。正交电场和电流强度与磁场强度的乘积之比就是霍尔系数。平行电场和电流强度之比就是电阻率。大量的研究揭示：参加材料导电过程的不仅有带负电的电子，还有带正电的空穴。编辑本段应用霍尔效应在应用技术中特别重要。霍尔发现，如果对位于磁场(B)中的导体(d)施加一个电压(Iv)，该磁场的方向垂直于所施加电压的方向，那么则在既与磁场垂直又和所施加电流方向垂直的方向上会产生另一个电压(UH)，人们将这个电压叫做霍尔电压，产生这种现象被称为霍尔效应。好比一条路, 本来大家是均匀的分布在路面上, 往前移动. 当有磁场时, 大家可能会被推到靠路的右边行走. 故路 (导体) 的两侧, 就会产生电压差. 这个就叫“霍尔效应”。根据霍尔效应做成的霍尔器件，就是以磁场为工作媒体，将物体的运动参量转变为数字电压的形式输出，使之具备传感和开关的功能。讫今为止，已在现代汽车上广泛应用的霍尔器件有：在分电器上作信号传感器、ABS系统中的速度传感器、汽车速度表和里程表、液体物理量检测器、各种用电负载的电流检测及工作状态诊断、发动机转速及曲轴角度传感器、各种开关，等等。例如汽车点火系统，设计者将霍尔传感器放在分电器内取代机械断电器，用作点火脉冲发生器。这种霍尔式点火脉冲发生器随着转速变化的磁场在带电的半导体层内产生脉冲电压，控制电控单元（ECU）的初级电流。相对于机械断电器而言，霍尔式点火脉冲发生器无磨损免维护，能够适应恶

霍尔效应原理与实验

霍尔效应一、简介霍尔效应是磁电效应的一种，这一现象是霍尔（A.H.Hall ，1855—1938）于1879年在研究金属的导电机构时发现的。后来发现半导体、导电流体等也有这种效应，而半导体的霍尔效应比金属强得多，利用这现象制成的各种霍尔元件，广泛地应用于工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面。霍尔效应是研究半导体材料性能的基本方法。通过霍尔效应实验测定的霍尔系数，能够判断半导体材料的导电类型、载流子浓度及载流子迁移率等重要参数。流体中的霍尔效应是研究“磁流体发电”的理论基础。二、理论知识准备 1． 1．霍尔效应将一块半导体或导体材料，沿Z 方向加以磁场B ，沿X 方向通以工作电流I ，则在Y 方向产生出电动势H V ，如图1所示，这现象称为霍尔效应。H V 称为霍尔电压。 X (a) (b) 图1 霍尔效应原理图实验表明，在磁场不太强时，电位差H V 与电流强度I 和磁感应强度B 成正比，与板的厚度d 成反比，即 d IB R V H H =(1) 或 IB K V H H =(2) 式（1）中H R 称为霍尔系数，式（2）中H K 称为霍尔元件的灵敏度，单位为mv / (mA ·T)。产生霍尔效应的原因是形成电流的作定向运动的带电粒子即载流子（N 型半导体中的载流子是带负电荷的电子，P 型半导体中的载流子是带正电荷的空穴）在磁场中所受到的洛仑兹力作用而产生的。如图1（a ）所示，一快长为l 、宽为b 、厚为d 的N 型单晶薄片，置于沿Z 轴方向的磁场B 中，在X 轴方向通以电流I ，则其中的载流子——电子所受到的洛仑兹力为 j eVB B V e B V q F m -=?-=?=(3) 式中V 为电子的漂移运动速度，其方向沿X 轴的负方向。e 为电子的电荷量。m F 指向Y 轴的负方向。自由电子受力偏转的结果，向A 侧面积聚，同时在B 侧面上出现同数量的正电荷，在两侧面间形成一个沿Y 轴负方向上的横向电场H E （即霍尔电场），使运动电子受到一个沿Y 轴正方向的电场力e F ，A 、B 面之间的电位差为H V （即霍尔电压），则 j b V e j eE E e E q F H H H H e ==-==(4)