大物实验报告

1、实验5.2霍尔电压实验目的1、学习霍尔效应原理和霍尔效应实验中的副效应及其消除办法。2、了解半导体的导电特性，学习确定半导体试样的导电类型、载流子浓度 以及迁移率的实验方法。实验仪器QS-H型霍尔效应实验组合仪、半导体（硅）样品、导线等。实验原理1、霍尔效应将一个通电导体置于磁场中，如图所示，磁场B （沿z方向）垂直于电流 IS （沿x反方向）的方向，则在导体中垂直于B与IS的方向上出现一个电势差 U，这个现象称为霍尔效应。其中流过该导体的电流IS称为霍尔电流，由于霍尔 效应所产生的电势差UH称为霍尔电压或霍尔电势差。将一个N型半导体薄片放 置在垂直于它的磁场中，磁场B的方向沿Z轴方向，在X的

2、反方向通以电流Is, 此时N型半导体内的多数载流子（多子）一一电子以一定的速度v沿X方向运动， 垂直的磁场会对运动的电子产生一个洛仑兹力的作用，即FB=q （v*B）电荷出现横向偏转并在样品边界处积累，产生一个横向的电场E。当载流子 所受的电场力FE与洛仑兹力FB相等时，样品两侧电荷积累将达到动态平衡，此 时FB=Fg，即qE=q(v*B)如果该N型半导体薄片的载流子浓度为n,样品薄片宽度为b，厚度为d，则 有I= nqvbd则 UH=EHb=1/(nq)*IB/d=RHIB/dRH=1/(nq)称为霍尔系数，是反映材料霍尔效应强弱的重要参数，对于厚度一 定的霍尔器件，常采用霍尔灵敏度KH表示

3、霍尔器件的灵敏度。KH=1/(nqd)2、半导体材料的参数测量半导体材料有N型(电子型)和P型(空穴型)两种，若测得A点电势高于A 点电势，则样品为N型半导体；反之，为P型半导体。利用霍尔效应还可以确 定待测半导体样品的载流子浓度和迁移率。载流子浓度n:如果待测半导体材料只有一种载流子导电且所有载流子 具有相同的漂移速度，则载流子浓度n为N=1/(|RH|q)载流子迁移率:电导率6可在图5.2-1所示零磁场下的A、C电极间 进行测量，即6 =1/p =ISL/(UACS)=ISL/(UACbd)P为样品的电阻率；L为A、C电极间的距离；S=b*d为样品的横截面积；Is 为通过样品的电流；UAC

4、为在零磁场下A、C间的电压。电导率6与载流子浓度 n以及迁移率口之间有如下关系：U = 6/(nq) = |RH| 63、霍尔效应中的副效应事实上在霍尔效应产生的过程中会伴随有各种副效应产生的附加电压叠加 在霍尔电压上，因此实验中所测的UH并非真实霍尔电压值。为了消除这些副效 应对霍尔电压测量的影响，在测量时，分别改变样品电流IS或磁场B的方向，并测量下列四组不同组合的两电极问电位差并取平均值，则有UH=(U1-U2+U3-U4)/4实验步骤1、保持磁场(即励磁电流IM)大小不变，改变霍尔电流人的大小，测绘霍 尔电压与电流关系UH-IS曲线。取IM =0.45A,电压测量开关选择UH，分别改变 IS和IM换向开关方向并记录数据。2、保持样品电流IS不变(IS=4.0mA)，改变励磁电流IM的大小，测量霍尔 电压与磁场的关系UH-IM曲线。电压测量开关选择UH，分别改变IS和IM换向 开关方向，并记录数据。根据以上UH-IS和UH-IM曲线验证在磁场不太强时霍尔电压与电流和磁场的 关系式。半导体样品所处电磁铁间隙的磁场B=aIM，其中a值由实验室给出。 作图并计算RH，并计算得到实验样品的载流子浓度n。3、根据测量电路中的电流、磁场、霍尔电压的接线方向及测量数据的正、 负，判断本样品的导电类型。4、在零磁场(IM=0)下，取IS=0.1mA，电压表