大学物理实验报告系列之霍尔效应.pdf

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1、大学物理实验报告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。【实验名称】霍尔效应对于图1（a）所示的N型半导体试样，若在X方向通以电流1s，在Z方向加磁场B，试样中载流子（电子）将受洛仑兹力【实验目的】FB=evB（1）1．了解霍尔效应实验原理以及有关霍尔器件对材料要求的知识。2．学习用“对称测量法”消除付效应的影响，测量试样的VH—IS；和VH—IM则在Y方向即试样A、A电极两侧就

2、开始聚积异号电荷而产生相应的附加电场一霍曲线。尔电场。电场的指向取决于试样的导电类型。对N型试样，霍尔电场逆Y方向，P3．确定试样的导电类型、载流子浓度以及迁移率。型试样则沿Y方向，有：Is(X)、B(Z)EH(Y)<0(N型)【实验仪器】EH(Y)>0(P型)霍尔效应实验仪显然，该电场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eEH与洛仑兹力eVB相等时，样品两侧电荷的积累就达到平衡，故有【实验原理】eEHevB=（2）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Isnevb

3、d（3）由（2）、（3）两式可得1ISBISBVHEHbRH（4）nedd即霍尔电压VH（A、A电极之间的电压）与IsB乘积成正比与试样厚度成反比。1比例系数RH称为霍尔系数，它是反映材料霍尔效应强弱的重要参数，ne.VHd8RH10能切换”置VH。保持IM值不变（取IM=0.6A）,测绘VH-Is曲线，IsB1、由RH的符号(或霍尔电压的正、负)判断样品的导电类型2、测绘VH-IM曲线。实验仪及测试仪各开关位置同上。保持Is值不变判断的方法是按图一所示的Is和B的方向，若测得的VH=VAA’触f<0，(即点A的电位低于点A′的电位)则RH为负

4、，样品属N型，反之则为P型。（Is=3.00mA）,测绘VH-IM曲线，2、由RH求载流子浓度n1即n。应该指出，这个关系式是假定所有的载流子都具有相同的漂移3、测量V值RHe3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（可参将“VH、V”切换开关投向V侧，测试仪的“功能切换”置V。在零磁场下，8阅黄昆、谢希德著《半导体物理学》）。取IS=2.00mA，测量V。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n以及迁移率之间有如下关系：注意：Is取值不要过大，以免V太大，毫伏表超量程（此时首数码显示为1，后ne（

5、6）三位数码熄灭）。即RH，通过实验测出值即可求出。4、确定样品的导电类型根据上述可知，要得到大的霍尔电压，关键是要选择霍尔系数大（即迁移率高、将实验仪三组双刀开关均投向上方，即Is沿X方向，B沿Z方向，毫伏表测量，电压为VAA。取Is=2mA，IM=0.6A，测量VH大小及极性，判断样品导电类型。电阻率亦较高）的材料。因RH，就金属导体而言，和均很低，而不5、求样品的RH、n、和值。良导体虽高，但极小，【数据表格与数据记录】1KHned（7）IS(mA)V1(mv)V2(mv)V3(mv)V4(mv)V1V2V3V4VR(mv)来表示器件的灵

6、敏度，K称为霍尔灵敏度H4IS...BIS...BIS...BIS...B【实验内容】1.004.094.024.024.110.041、测绘VH-Is曲线。将实验仪的“VH、V”切换开关投向VH侧，测试仪的“功1.506.156.036.066.180.06..2.008.218.38.048.200.0852.5010.2510.0610.0410.270.1053.0012.3312.0512.0512.290.1304.0016.3916.0716.0916.410.160V167.1mvd0.5mml3mmb5mmB3.64KGS/A

7、0.364T4VHd80.040.51083由公式RH10100.0549cm/cISB136401117由公式n8.81019IM(mA)V1(mv)V2(mv)V3(mv)V4(mv)V1V2V3V4RHe0.05491.610VH(mv)4IS...BIS...BIS...BIS...B由公式ISl32143.63西门子/米3VS167.150.5100.3004.184.023.954.180.0975由公式R0.0549143.637.89H0.4005.525.375.305.490.0850.5006.846.686.676.84

8、0.0825【小结与讨论】0.6008.198.048.038.210.0825(1)了解了霍尔效应实验原理以及有关霍尔器件丢材料的要求的知识，了解到