ywh霍尔效应及霍尔元器件基本参数测定

霍尔效应原理及霍尔元件基本参数的测定实验实验10Page961一、实验目的1.了解霍尔效应原理以及霍尔器件对材料的要求2.测元件的霍尔系数、载流子浓度及迁移率3.确定导电类型4.了解对称测量法2二、实验原理31879年,美国物理学家霍尔(E.H.HaLL)发现：?BIs⊥BIs为什么出现霍尔电压？运动电荷受磁场力的作用有关4洛伦兹力荷兰物理学者亨德里克·洛伦兹提出。定义：磁场对运动电荷的作用力。运动(v)电荷(q)在磁场(B)中所受到的力（F）。计算洛伦兹力：FB=qvB

5洛伦兹力FB=qvB的方向判断：右手定则：四指方向V方向四指弯曲方向B方向大拇指方向确定F方向q正大拇指方向=FB方向q负大拇指反方向=FB方向6霍尔效应霍尔效应：霍尔电压正或负？+-II++++++------N型半导体(Negative)：电子为载流子F洛(B)-veB0+霍尔电压测得霍尔电压为负(negative)ss7+-II++++++------测得霍尔电压为正（positive)B0+霍尔电压P型半导体（positive）：空穴为载流子ss8疑问？霍尔电压可测或可计算？霍尔电压与哪些因素有关？与直流电流有关吗？与磁场有关吗？与元件有关吗？+-IB++++++I0+霍尔电压++++++------+vd12bF洛b:霍尔片高度d:霍尔片宽度V1

V2

ss9+-IB++++++I0+霍尔电压++++++------+vd12bF洛b:霍尔片高度d:霍尔片宽度E:电场强度1、霍尔电压(VH=V1-V2):计算霍尔电压：VH=bE

P型半导体：空穴为载流子

V1

V2

怎么求电场强度E？

可测，可计算？ss10+-IB++++++I0+霍尔电压++++++------+vdn12bFeevBeEvBEF洛平衡时F洛=Fe...n载流子数密度霍尔电压V1-V2=bE

E=？运动电荷速度v=？V1

V2

ss11+-IB++++++I0+霍尔电压++++++------+vdn12bFeF洛n载流子数密度S=bd为霍尔片截面积d为霍尔片宽度s运动电荷速度v=？霍尔电压VH=bE=bvB

霍尔系数RH12问：怎么用可测的VH求霍尔系数RH？霍尔系数：反映霍尔效应强弱；其符号决定于试件中载流子是带正电荷（空穴）或负电荷（电子）。与电流、磁场强度、霍尔片有关？132、求霍尔系数RHB=kIm(k已知，为B与励磁电流Im的转化系数，从测试仪上查出）；所加的励磁电流Im和直流电流Is可知道;d为霍尔片厚度。143、VH-Is关系：直线保持励磁电流IM（可测）不变，则B不变；

B=kIM(k已知，为B与IM的转化系数，从测试仪上查出）；d为霍尔片厚度测VH、Is，作VH-Is直线

常数测定数据表10-1154、VH-IM关系：直线保持Is（可测）不变；k已知，为B与IM的转化系数；d为霍尔片厚度测VH、IM作VH-IM直线测定数据表10-2常数16RH1ne如考虑载流子的速度统计分布RH1ne3p8e=1.6×10-19C5、求载流子浓度n176、求载流子的迁移率VsVslS电导率sIsµl为已知，为A、C距离；S=bd为霍尔片截面积；零磁场Im=0时，A、C之间的电位差18载流子数密度n+-IB++++++霍尔效应I0+霍尔电压+-IIBF0+霍尔电压v++++++------++++++------+Fvddnneq1V2V011221V2V07、判断N或P型bb19三、实验仪器20霍尔效应测磁场BV霍尔元件探头保护罩霍尔效应实验仪2122霍尔效应实验组合仪IM输入Is输入VH/Vσ输出实验仪23四、实验步骤参考讲义注意：开关机前，测试仪上的“IM调节”及“IS调节”旋钮均置于零（逆时针旋到底）。241.连接测试仪与实验仪之间的各组连线page99图10-225红-红连线黑-黑连线IM输入Is输入VH/Vσ输出实验仪26目的消除误差：霍尔元件中的副效应(不等势电压;由温差电效应、热磁效应引起的附加电压)霍尔电压的测量方法：对称测量法分别测量四组不同的A’、A两点的电位差27若“实验仪”约定开关IM（相当于B）、IS向上合为正，则向下合为负。实验仪+B，+IS-B，+IS-B，-IS+B，-ISIM开关向上合向下合向下合向上合IS开关向上合向上合向下合向下合“实验仪”开关方向约定：正负IM输入Is输入282.测绘VH-Is直线按表10-1依次改变Is,测量UH,IM输入Is输入VH/Vσ输出29表10-1：保持Im=0.600A不变，测霍尔电压Is(mA)U1(mV)U2(mV)U3(mV)U4(mV)UH(mV)+B，+IS-B，+IS-B，-IS+B，-IS1.00-3.093.01-2.93.12-3.031.50-4.624.49-4.464.66-4.562.00-6.186.00-5.966.22-6.092.50-7.737.49-7.457.77-7.613.00-9.288.99-8.959.32-9.143.50-10.8210.47-10.4310.86-10.654.00-12.3511.95-11.9112.39-12.15注：读数有正负303.测绘VH-IM直线按表10-2：保持Is=3.00mA不变，依次改变IM,测量霍尔电压31表10-2：保持Is=3.00mA不变，改变IM,测量霍尔电压IM(mA)U1(mV)U2(mV)U3(mV)U4(mV)UH(mV)0.3-4.734.41-4.374.74-4.560.4-6.235.95-5.916.27-6.090.5-7.757.47-7.437.8-7.610.6-9.288.99-8.959.32-9.140.7-10.810.5-10.4710.84-10.650.8-12.3212.02-11.9912.37-12.18324、测量Vσ值（两电极A、C间的电位差，计算电导率用）实验仪“VHVσ”倒向Vσ，测试仪“功能切换”置Vσ实验仪IM断开，按测量选择IS（测试仪），向上合开关IS（实验仪），调节IS=2.00mA（零磁场IM=0，IS=2.00mA），

测量Vσ值，记录Vσ=？

mA335、从测试仪电磁铁的线包上查出B与IM的转化系数k如IM=0.600A,则K读数乘0.1计算346.确定样品导电类型实验仪三组双刀开关：均掷向上方按测量选择IS，合开关IS，调节IS=2.00mA；按测量选择IM，合开关IM，调节IM=0.600A测量VA’A大小,并判断霍尔片的极性。极性判断：若VH=VA’A为正值，说明样品是P型半导体，反之，为N型半导体。35五、数据处理与结果1.完成数据记录表10-1，并作VH-IS曲线36Is(mA)U1(mV)U2(mV)U3(mV)U4(mV)UH(mV)+B，+IS-B，+IS-B，-IS+B，-IS1.00-3.093.01-2.93.12-3.031.50-4.624.49-4.464.66-4.562.00-6.186.00-5.966.22-6.092.50-7.737.49-7.457.77-7.613.00-9.288.99-8.959.32-9.143.50-10.8210.47-10.4310.86-10.654.00-12.3511.95-11.9112.39-12.152、根据表10-1中Im=0.600A，Is=2.00mA时测得数据计算霍尔系数、载流子浓度和载流子迁移率37已知：表10-1测得Im=0.600A，Is=2.00mA时的霍尔电压VH；

k已知，为B与Im的转化系数，从测试仪上查出，计算时乘以0.1；

d为霍