霍尔效应试验及其应用

1、霍尔效应试验及其应用 土木一班 林晓 080105128摘要：霍尔效应是磁电效应的一种，这一现象是霍尔（A.H.Hall，18551938）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。本次实验通过对HLIV型霍尔效应实验仪的操控，根据实验图将霍尔效应测试仪的三

2、对接线柱分别与霍尔效应实验仪的三对相应接线端连，将霍尔片移至气隙大致中央处，调节“调节”、“调节” 旋钮、“，在（，）、（，）、（，）、（，）四种测量条件下，分别测出、，计算出值，利用式计算出各B值，求其平均值并计算计算灵敏度及载流子浓度n关键词：霍尔系数 霍尔电压 载流子浓度 霍尔电位差，Hall-effect experiment and its applicationAbstract: Hall effect is a magnetic-electric effect, this phenomenon is the Hall (AHHall ,1855-1938) in 1879, th

3、e study of metal conductive body when found. Later discovered that semiconductors, conductive fluid, also have this effect, while the semiconductor Hall-effect much stronger than metal, the use of this phenomenon made from a variety of Hall element, widely used in industrial automation technology, d

4、etection technology and information processing, etc. aspects. Hall-effect is to study the properties of semiconductor materials, the basic method. Experimental Determination of Hall-effect through the Hall coefficient,Able to judge the conductivity type of semiconductor materials, carrier concentrat

5、ion and carrier mobility, and other important parameters. Fluid is to study the Hall effect, "MHD power generation" in theoretical basis. This experiment by HL-IV-based Hall-effect experiment instrument manipulation, according to the experimental plan will be Hall effect tester separately

6、with three pairs of terminal Hall-effect experimental instrument with three pairs of corresponding terminals, the Hall film general of the Central Office moved to air-gap, adjust "tune", "tune" knob, "in the (+ B, + I), (+ B,-I), (-B,-I), (-B, + I) four kinds of MeasurementC

7、onditions were detected, calculated values, calculated using the B-type value, and calculate the average demand calculation of its sensitivity and the carrier concentration nKeywords: Hall coefficient Hall voltage Carrier concentration Hall Potential Difference1.引言：霍尔效应从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受洛轮磁力的作用而硬气的偏

8、转，当带电粒子（电子或空穴）被约束在固体材料当中，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.所谓霍尔效应，是指磁场作用于载流金属导体、半导体中的载流子时，产生横向电位差的物理现象。金属的霍尔效应是1879年被美国物理学家霍尔发现的。当电流通过金属箔片时，若在垂直于电流的方向施加磁场，则金属箔片两侧面会出现横向电位差。半导体中的霍尔效应比金属箔片中更为明显，而铁磁金属在居里温度以下将呈现极强的霍尔效应。根据霍尔效应，人们用半导体材料制成霍尔元件，它具有对磁场敏感、结构简单、体积小、频率响应宽、 输出电压变化大和使用寿命长等优点，因此，在测量、自动化

9、、计算机和信息技术等领域得到广泛的应用。而实验中需要以下步骤：11实验过程将一块半导体或导体材料，沿Z方向加以磁场，沿X方向通以工作电流I，则在Y方向产生出电动势，如图1所示，这现象称为霍尔效应。称为霍尔电压。实验表明，在磁场不太强时，电位差与电流强度I和磁感应强度B成正比，与板的厚度d成反比，即 (1)或 (2)式（1）中称为霍尔系数，式（2）中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）

10、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 (3)  式中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。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（即霍尔电场），使运动电子受到一个沿Y轴正方向的电场力，A、B面之间的电位差为（即霍尔电压），则 (4)将阻碍电荷的积聚，最后达稳定状态时有 即 得 (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得 (6)将(6)式代入(5)式得 (7)式中称为霍尔系数，它表示材料产生霍尔效应的本领大小；高斯计就是利用霍尔效应来测定磁感应强度B值的仪器。它是选定霍尔元件，即已确定，保持控制电流I不变，则霍尔电压与被测磁感应强度B成正比。如按照霍尔电压的大小，预先在仪器面板上标定出高斯刻度，则使用时由指针示值就可直接读出磁感应强度B值。1.2实验原理图：2.结论：如今随着科学技术的发展,霍尔效应的应用和扩展越来越广泛，利用霍尔系数和电导率