霍尔效应 - 海南大学 Hainan University wwwhainueducn.doc

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1、霍尔效应一、实验简介：如果置于磁场中的载流体的电流方向与磁场方向垂直，则在垂直于电流和磁场的方向上会产生一附加的横向电场，称霍尔效应。如今霍尔效应不但是测量电学材料电学参量的主要手段，而且应用于非电量测量、自动控制和信息处理等方面。二、实验目的：1.了解霍尔效应的实验原理以及有关霍尔器件对材料的要求。2.学习用“对称测量法”消除负影响，测量试样的VH－IS曲线和VH－IM曲线。3.确定样品的导电类型、载流子浓度及迁移率。三、实验原理：霍尔效应从本质上讲运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力的作用，产生偏转而引起材

2、料表面电势不同。AlC＋＋＋＋d－eBIsVbEFB----------A`C`对于图中所示的半导体试样，若在X方向通以电流Is在z方向上加以磁场B则在Y方向即试样AA`电极两侧开始聚积异号电荷而产生相应的附加电场。电场指向取决于试样的导电类型。显然，该电场阻止载流子继续向侧面偏移。当载流子受横向电场力－eEH与洛仑兹力相等时，样品两侧电荷的积累就达到平衡，故有：（1）其中EH为霍尔电场，V是载流子在电流方向上的平均漂移速度。设试样的宽为b，厚度为d载流子浓度为n，则霍尔效应一、实验简介：如果置于磁场中的载

3、流体的电流方向与磁场方向垂直，则在垂直于电流和磁场的方向上会产生一附加的横向电场，称霍尔效应。如今霍尔效应不但是测量电学材料电学参量的主要手段，而且应用于非电量测量、自动控制和信息处理等方面。二、实验目的：1.了解霍尔效应的实验原理以及有关霍尔器件对材料的要求。2.学习用“对称测量法”消除负影响，测量试样的VH－IS曲线和VH－IM曲线。3.确定样品的导电类型、载流子浓度及迁移率。三、实验原理：霍尔效应从本质上讲运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力的作用，产生偏转而引起材料表面电势不同。AlC＋＋＋＋d－eBI

4、sVbEFB----------A`C`对于图中所示的半导体试样，若在X方向通以电流Is在z方向上加以磁场B则在Y方向即试样AA`电极两侧开始聚积异号电荷而产生相应的附加电场。电场指向取决于试样的导电类型。显然，该电场阻止载流子继续向侧面偏移。当载流子受横向电场力－eEH与洛仑兹力相等时，样品两侧电荷的积累就达到平衡，故有：（1）其中EH为霍尔电场，V是载流子在电流方向上的平均漂移速度。设试样的宽为b，厚度为d载流子浓度为n，则Is＝nevbd（2）由（1）、（2）两式可得：VH＝EHb＝（3）比例系数称为

5、霍尔系数，它是反映霍尔效应强弱的重要参数，只要测出VH以及知道ISB和d可用下列计算：霍尔系数：8载流子浓度：迁移率：电导率：由VH的符号判断样品的导电类型：判断的方法是按图一所示的电流和磁场的方向，若测得的VH的值是正值，样品属N型，否则，为P型。判断时一定要注意到电流、磁场和霍尔电压的值必同时为正时才成立。霍尔器件对材料的要求：要得到大的霍尔电压关键是选择霍尔系数大（即迁移率高、电阻率低。半导体迁移率高电阻率适中是制造霍尔元件较理想的材料。由于电子迁移率比空穴迁移率大，所以霍尔元件多采用N型材料。其次，

6、霍尔电压大小与材料的厚度成反比，因此，薄型的霍尔器件输出电压较片状要高得的多。四、实验方法：1.对称测量法：在产生霍尔效应同时产生各种负效应，如爱庭好森效应、里纪－杜勒克效应和制作工艺（不等势电压降）产生的误差，均可以通过改变输入电流和磁场的方向加以消除，在规定了电流和磁场正反方向后分别测量由下列四组不同方向的电流和磁场的组合的VAA`即＋B＋ISVAA`＝V1－B＋ISVAA`＝－V2－B－ISVAA`＝V3＋B－ISVAA`＝－V4求V1V2V3V4代数平均值VH＝电导率的测量：设A、C间的距离为L。样

7、品横截面积为S=bd流经样品电流为IS在零磁场下若测行A、C间的电位差可求得五、实验内容：1.保持IM值不变IM＝0.9A测绘VH－IS曲线：IS（mA）V1（mV）V2（mV）V3（mV）V4（mV）VH＋B＋IS－B＋IS－B－IS＋B－IS0.3000.6000.9001.2001.5001.8002.保持IS值不变IS＝1.8mV测绘VH－IM曲线：IMV1（mV）V2（mV）V3（mV）V4（mV）VH＋B＋IS－B＋IS－B－IS＋B－IS00.3000.4000.5000.6000.7000.

8、8003.在零磁场下，取IS＝0.25mA测VAC（）。4.确定样品的导电类型，并求RH、n。和。六、注意事项：1.不要将引线接错，易损坏半导体材料。2.接线时注意IS、IM和线的正负极，易判定电流方向、磁场方向和VH的正负。3.注意记录下所用仪器线圈特性和材料尺度。4.材料的尺度：b＝4mmd＝0.5mm、l＝4mm、线圈特性：＝（）（括号中的数值由实验仪线圈上的标号读出来）七、预习抽查问题：1.实验的目的是什