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文档简介

1、实验名称:霍尔组件基本参数测量 仪器与用具:TH-H霍尔效应实验组合仪实验目的:1、了解霍尔效应实验原理 2、学习“对称法”消除副效应影响的方法 3、测量霍尔系数、确定样品导电类型、计算霍尔组件灵敏度等实验报告内容(原理预习、操作步骤、数据处理、误差分析、思考题解答)【实验原理】:通有电流IS的半导体薄片置于与它垂直的磁场B中,在薄片的两测就会产生电势差UH霍尔电势差,这种现象叫霍尔效应。霍尔效应产生的原因,是因为形成电流的载流子在磁场中运动时,受到洛沦兹力F=qvB的作用,正、负电荷在样品两测边界聚集,形成横向电场EH霍尔电场,产生霍尔电势差UH。载流子除受到洛沦兹力F=qvB的作用外,还受

2、横向电场力Fe=eEH的作用,当受到洛沦兹力与横向电场力大小相等时,即 eEH=qvB (4.7.1)样品两测边界聚集的电荷不再变化,达到平衡。样品中电流强度: IS=nevbd ( 4.7.2)样品中横向电场Eh可认为是匀强电场,则有: UH=Ehb=RH (4.7.3)基本参数:霍尔系数RH 霍尔系数定义: RH= 由材料的性质(载流子密度)决定,反映材料的霍尔效应强弱。 由(4.7.3)得 RH= 上式提供了测量霍尔系数RH的方法。2、根据RH的符号判断样品导电类型N、P 半导体材料有N型和P型两种,将测的UH、IS、B带入 RH= 得数为正时,样品为P型半导体,得数为正时,样品为P型半

3、导体。3、件的灵敏度K K= 霍尔元件的灵敏度K与载流子浓度n和样品厚度d有关,由于半导体内载流子浓度远小于金属,所以选用半导体材料制作霍尔元件,厚度一般只有0.2mm。4、载流子浓度n n= 上式提供了用霍尔效应实验测量并计算载流子浓度的重要方法。5、电导率,迁移率=1/=6、消除霍尔元件副效应影响 实验中测量的霍尔元件两测的电势差U,除霍尔电势差UH外,还会有一些热磁副效应附加的一些电势差,这些附加电势差的方向与B、IS的方向有关,应用表4.7.1中对称测量法可基本消除这些影响。【操作步骤】: 1、按仪器接口名称指示接好线路(注意不要接错,否则会损毁霍尔元件),IS、IM调节旋扭逆时针方向

4、旋到底,开机预热几分钟。 2、调节IM=0.6A并保持不变, “功能切换”开关和中间铡刀开关分别扳向“UH”,IS分别取1.00mA 、1.50mA、2.00 mA 、2.50mA 、3.00mA 、3.50mA ,分别测出UH值,每组UH值IS、B方向进行4种组合,分别测出U1、U2、U3、U4值,填入表4.7.1中。 3、调节Is=0.6A并保持不变, “功能切换”开关和中间铡刀开关位置保持不变,IM分别取0.300A、0.400A、0.500A、0.600A、0.700A、0.800A时测出UH,测量数据记入表4.7.2中。 4、在零磁场下(IM输入开关空位),取Im=1.5mA, 中间

5、铡刀开关置“U”置,分别测量Is正、反方向的U值,记入表4.7.3中。【数据处理】:表4.7.1 IM=0.6AIs/mAU1/mVU2/mVU3/mAU4/mAUH=U1U2U3U44BIsBIsBIsBIs1.004.053.963.874.144.0051.506.135.955.876.236.0452.008.187.917.838.278.0482.5010.239.879.8010.3410.0603.0012.3111.8611.7712.3912.0833.5014.3513.8113.7314.4314.080 由上图:=4.023103 RH1= =4.02103=6.6

6、7103 表4.7.2 Is=3.00mAIM/AU1/mVU2/mVU3/mAU4/mAUH=U1U2U3U44BIsBIsBIsBIs0.3006.335.815.736.356.0550.4008.257.817.738.358.0350.50010.269.819.73.10.3510.0390.60012.2811.8411.7612.3812.0650.70014.2813.8413.7614.3814.0650.80016.3015.8415.7616.3716.068 103 RH2=20.08103=6.92103表4.7.3 Is=0.15mAIs/mAU/mV换向前12.

7、4换向后12.5平均0.1(1)霍尔系数RHRH=6.795103(2)根据RH的符号判断样品导电类型N、P(3)件的灵敏度 K 物理实验中心实验名称:霍尔组件基本参数测量 姓名:李 昊 时间代码:0612109876 K=6.795103/0.5103=13.59(4)载流子浓度n n=1/6.7951031.61019=9.21020(5)电导率=1/=0.15103310/0.110341030.5103 =2.25103(1/m) (6)迁移率 =RH=6.7951032.25103=15.29(1/T)【误差分析】测量仪器精度不够,部分数据只能显示2位有效数字,经运算后产生误差较大。

8、做图时精度不够造成误差。【思考题】霍尔电压是如何产生的?它的大小、正负与那些因素有关?答:形成电流的载流子,在半导体薄片中运动时,受磁场的洛仑兹力作用,向薄片两测发生偏转,两测分别聚集正、副电荷,形成电场,从而产生电势差。列出霍尔系数、栽流子浓度、电导率及迁移率的计算公式,注明单位。答:霍尔系数RH: RH= (.m/T)载流子浓度n: n= (个/m3)电导率: = (1/.m)迁移率 =RH (1/T)【测试题】如何利用霍尔效应实验,判断半导体导电类型(N、P)。答:伸出左手,让磁感线穿过手心,四指指向电流方向,如姆指指向与霍尔电势差方向相同,则为N型半导体,如姆指指向与霍尔电势差方向相反,则为P型半导体。测量霍尔电势差时存在那些副效应影响?如何消除这些影响?答: 测量霍尔电势差时会产生一些热磁副效应,给测量带来误差,如爱廷豪森效应、能斯托效应等,这些副效应产生的电势差

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