实验18霍尔效应数据处理.docx

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1、实验18：霍耳效应及应用（参考内容）一、实验目的：1．了解霍耳效应实验原理2．学习用“对称测量法”消除副效应的影响，测量实验试样（霍尔元件）的VH—Is曲线、VH—IM曲线。3．确定试样（霍尔元件）的导电类型（N型或P型）。二、实验器材（型号、规格、件数）霍耳效应实验仪（HLD—HL--IV型）1台、霍耳效应测试仪（HLD—HL--IV型）1台（可用2台恒流源，1台数字电压表替代）专用测试线6根[仪器简介]仪器外观图图二实验仪电路连接图三、实验原理将一导电体（金属或半导体）薄片放在磁场中，并使薄片平面垂直于磁场方向。当薄片纵向端面有电流I流过时，在与电流I和磁场B垂直

2、的薄片横向端面AA’间就会产生一电势差，这种现象称为霍耳效应（Halleffect），所产生的电势差叫做霍耳电势差或霍耳电压，用VH表示。霍耳效应从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力f洛作用而引起的偏转。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集累，从而形成附加的横向电场，即霍耳电场EH。对实验所用试样（霍尔元件），在X方向通以电流Is，在Z方向加磁场B，则在Y方向有霍耳电场EH。当试样中载流子所受的横向电场力eEH与洛仑兹力evB相等时，样品两侧电荷积累达到平衡，因此有：f洛=F横向电场力evB=eEH(1

3、)若霍尔元件几何参数如图已知，且n为载流子浓度，v为载流子在电流方向上的平均漂移速度。有Is=nevbd(2)由（1）（2）两式可得：VH=EHb=IsB/ned则VH=RH（IsB/d）(3)Is—X方向电流YIM-----IM励磁电流（B磁场Z方向）RH=1/ne----霍尔系数XVH---霍尔电压Z由(3)式知：在外磁场不太强时，霍耳电压与工作电流和磁感应强度成正比，与薄片厚度成反比。VHµIs；VHµIM（B）；VHµ1/d四．实验内容1、测绘试样（霍尔元件）VH—Is曲线2、测绘试样（霍尔元件）VH—IM曲线3、确定试样（霍尔元件）的导电类型（N型或P型）。

4、五、实验记录与数据处理1．实验准备：1）记录励磁线圈相关参数:2）测试仪开机前应将Is，IM调节旋纽逆时针旋到底，使其输出电流趋于最小状态，然后开机。3）按图二所示电路连接图连接好实验电路。注意输出电流与输入电流的正负极性。提醒：本实验的器件很容易损坏,有以下几点需要特别注意：1）接好线路需要老师检查后方可通电，这主要是为了避免将测试仪的励磁电源“IM输出”误接到实验仪的“Is输入”或“VH输出”处，否则一通电，霍尔器件即被破坏！2）电路开、关、或功能切换时，一定要将Is、IM旋钮逆时针旋转到底，也就是把它们的输出调为零，这主要是为了避免电压或者电流的突变对仪器、件造

5、成破坏。3）霍尔片性脆易碎，电极甚细易断，实验中严禁触摸探头。4）关机前应再次将IS、IM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。2．实验记录与数据处理1）测绘VH—Is曲线将实验仪的三组开关均向上，即在X方向通以电流Is，在Z方向加磁场B，毫伏表电压为VCD=VH，调节IM=0.6A，保持其值不变，调节Is并记录相应的VH数据，将VH、Is数据，记于表1中。（表中箭头代表实验仪Is，IM双向开关向上或向下，VH是绝对值取平均）表1IM=0.6AIs：1.00—4.00mAIs(mA)v1(mV)v2(mV)v3(mV)v4(mV)VH=(v1+

6、v2+v3+v4)/4(mV)+Is+B+Is-B-Is-B-Is+B1.001.502.002.503.004.00由表1数据（以电压为横轴，电流为纵轴）做实验曲线，即绘出图1（VH—Is曲线）Is（mA）图1（VH—Is曲线）6543213456789101112131415VH(mV)结论1：由图1可知2）测绘VH—IM曲线：实验仪及测试仪各开关位置不变。调节Is=3.00mA值不变，调节IM，记录相应的VH数据，将VH、IM数据记于表2中。表2：Is=3.00mAIM：0.300—0.800AIM(A)v1(mV)v2(mV)v3(mV)v4(mV)VH=(v

7、1+v2+v3+v4)/4(mV)+Is+B+Is-B-Is-B-Is+B0.3000.4000.5000.6000.7000.800由表2数据（以电压为横轴，电流为纵轴）做实验曲线，即绘出图2（VH—IM曲线）IM(A)图2（VH—IM曲线）0.80.70.60.50.40.36789101112131415161718VH(mV)结论2：由图2可知3）确定试样（霍尔元件）的导电类型（N型或P型）将实验仪的三组开关均向上，即在X方向通以电流Is，在Z方向加磁场B，毫伏表电压为VCD=VH取Is=2.00mA，IM=0.55A，测出VH=mV按实验条