霍尔效应

霍尔效应

发现历史 • 霍尔效应在1879年被物理学家霍尔发现，它定义了磁场和感应电压之间霍尔效应的关系，这种效应和传统的电磁感应完全不同。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电子运动方向上的的作用力，从而在导体的两端产生电势差。虽然这个效应多年前就已经被人们知道并理解，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。

实验目的 • 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。 • 学习利用霍尔效应研究半导体材料性能的方法以及消除负效应影响的方法。 • 学习使用作图法处理数据

实验仪器 • 霍尔效应实验仪，由实验仪和测试仪组成。 • 实验仪由电磁铁、样品和样品架和Is、IM换向开关组成。 • 测试仪由两组恒流源（Is=0~10mA和IM=0~1A）和直流数字电压表组成。

实验原理 • 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。 • 　　洛伦兹力 • f=qE+qvB/c(Gauss 单位制) • 　　电荷在横向受力为零时不在发生横向偏转，结果电流在磁场作用下在器件的两个侧面出现了稳定的异号电荷堆积从而形成横向霍尔电场 • E= - vB/c • 　　由实验可测出 E= UH/W 定义霍尔电阻为 • RH= UH/I =EW/jW= E/j • j = q n v • RH=-vB/c /(qn v)=- B/(qnc) • UH=RH I= -B I /(q n c)

实验内容和操作要点 （1）正确连接测试仪和实验仪之间相应Is、IM和 UH各组接线。 • 实验仪的“UH 输出”接测试仪的“UH输入”；测试仪的“ Is输出”接实验仪器的 • “Is输入”；测试仪的“ IM 输出”接实验仪的“IM输入”，所有接线经老师检查后方可通电。

（2）测试仪开机前应将Is、IM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，预热数分钟后即可进行实验。顺时针调节调节旋钮即可增加输出电流。（2）测试仪开机前应将Is、IM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，预热数分钟后即可进行实验。顺时针调节调节旋钮即可增加输出电流。（3）将霍尔元件调至电磁气隙内的中心位置，将电键K1、K2、K3均倒下接通电路，并约定此方向为正。

数据记录 表1 UH-IS关系 IM=0.6A， B= T，

表2 关系 IS=8.00 mA，IM=0.8A，KH= V AT，，，

数据处理和实验结果分析 • （1）根据 • 令 , 斜率，则得直线方程 Y=Kx 要求：依据表1数据，用作图法或最小二乘法分别求斜率k。进而确定样品类型，测定霍尔系数RH、载流子浓度n、霍尔灵敏度KH。 • （2）依据表2数据，以x为横坐标、以B为纵坐标，描绘磁场分布曲线，并说明所得结果的意义

霍尔效应

霍尔效应

Presentation Transcript