霍尔效应的应用实验报告

霍尔效应的应用实验报告霍尔效应的应用实验报告霍尔效应的应用实验报告霍尔效应的应用实验报告二目的：.霍尔效应原理及霍尔元件相关参数的含义和作用.测绘霍尔元件的VH-Is,VH-IM曲线，认识霍尔电势差VH与霍尔元件工作电流Is，磁场应强度B及励磁电流IM之间的关系。.学习利用霍尔效应丈量磁感觉强度B及磁场散布。.学惯用“对称互换丈量法”除去负效应产生的系统偏差。二、器械：1、实验仪：(1)电磁铁。(2)样品和样品架。(3)Is和I从换向开关及VH、工切换开关。2、测试仪：(1)两组恒流源。(2)直流数字电压表。三、原理：霍尔效应从实质上讲是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力作用而惹起的偏转。当带电粒子(电子或空穴)被拘束在固体资猜中，这类偏转就致使在垂直电流和磁场方向上产生正负电荷的积聚，进而形成附带的横向电场，即霍尔电场EH。如图15-1所示的半导体试样，若在X方向通以电流IS，在Z方向加磁场B,则在Y方向即试样A-A/电极双侧就开始齐集异号电荷而产生相应的附带电场。电场的指向取决于试样的导电种类。对图所示的 N型试样，霍尔电场逆Y方向，(b)的P型试样则沿Y方向。即有EH(Y) 0 (N型)型EH(Y) 0(P)明显，霍尔电场EH是阻挡载流子持续向侧面偏移，当载流子所受的横向电场力eEH与洛仑兹力evB相等，样品双侧电荷的累积就达到动向均衡，故TOC\o"1-5"\h\zeEHevB (1)此中EH为霍尔电场，「是载流子在电流方向上的均匀漂移速度。设试样的宽为b,厚度为d,载流子浓度为n,则IsneVbd (2)由(1)、(2)两式可得：VHEHb」_【工RISB (3)nedHd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d成

反比。比率系数RH_1称为霍尔系数，它是反应资料霍尔效应强弱的重要参数。ne(4)只需测出VH （伏）以及知道IS （安）、B（高斯）和d （厘米）可按下式计算 (4)VHd 8上式中的108是因为磁感觉强度B用电磁单位（高斯）而其余各量均采纳CGS适用单位而引入。因为产生霍尔效应的同时，陪伴多种副效应，致使实测的霍尔电场间电压不等于真切的VH值，所以必要想法除去。依据副效应产生的机理，采纳电流和磁场换向的对称丈量法基本上能把副效应的影响从丈量结果中除去。详细的做法是Is法是Is和B（即1M）的大小不变，并在设定电流和磁场的正反方向后，挨次测量由下边四组不一样方向的 Is和B（即IM）时的V1，V2，V3,V4,TOC\o"1-5"\h\z1)+Is +B V12)+Is -B V23)—Is -B V34)-Is +B V4而后求它们的代数均匀值，可得:经过对称丈量法求得的VH偏差很小。另一方面，射载流子浓度为n,薄片厚度为d,则电流强度I与u的关系为：Ibdnqu⑸,则可获得VBB ⑹，令R ，则vbb RIBnqd nq d⑺R称为霍尔系数，它表现了资料的霍尔效应大小。依据霍尔效应制作的元件称为霍尔元件。在应用中，（6）常以以下形式出现：Vbb KhIB（8）式中Kh-'称为霍尔元件敏捷度，I称为控制电流。dnqd可见，若I、KH已知，只需测出霍尔电压VBB,，即可算出磁场B的大小；并且若知载流子种类（n型半导体多半载流子为电子，P型半导体多半载流子为空穴）,则由V的正负可测出磁场方向，反之，若已知磁场方向，则可判断载流子种类。BB’因为霍尔效应成立所需时间很短 （10-12〜10-14s）, 所以霍尔元件使用沟通电或许直流电都可。指示沟通电时，获得的霍尔电压也是交变的， I和Vr应理解为BB有效值。四、步骤：1、丈量霍耳电压VH与工作电流IS的关系。①对测试仪进行调零。将测试仪的“IS调理”和“IM调理”旋钮均置零位，待开机数分钟后若VH显示不为零，可经过面板左下方小孔的“调零”电位器实现调零，即“”。②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“功能切换”置VH，保持1M值不变（取1M），绘制VH-IS曲线。2、丈量霍耳电压VH与工作电流IM的关系。实验仪与测试仪各开关地点同上。保持半导体的电流 Iq不变（取SIS=300mA），绘制VH-IM曲线。3、丈量V值。将切换开关“VH，V ”投向V侧，“功能V。在零切换”置磁场下，取IS=，丈量V。4、确立样品的导电种类。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。毫伏表丈量电压为VAA。取IS=IM,丈量VH大小及极性，判断样品导电种类。5、求样品Rh,n, ，口值。六、记录:1.测绘UHIS曲线心保持IM、I=~不变，在二S表格中记录霍尔电压。IS(mA)U1(mV)U2(mV)U3(mV)U4(mV)V1V2V3 V4XT , S_' / VHH 4B，ISB，ISB，ISB，IS2.测绘UHIM也戋，保持Is=;不变，在表之格中记录霍，尔电压。Im/AU1(mV)U2(mV)U3(mV)U4(mV)V1V2V3V4VH 4B,IsB,ISB,ISB,IS霍尔效应的应用实验报告霍尔效应的应用实验报告S ISSS ISS霍尔效应的应用实验报告霍尔效应的应用实验报告霍尔效应的应用实验报告霍尔效应的应用实验报告1010(Vm/AT)测得:VVh二七、数据办理:2、在零磁场下，取I，测出V=S=3、确立样品的导电种类。测出霍耳电压VH=<0,故样品属N型。，口4、求样品RH，n， 值。(1)由

RH得口VTIsbIS分别求出表1、(1)由

RH得口VTIsbIS分别求出表1、2的，再求出其均匀值

RH1036.1610310J 10J 10J 10J)RH36.1510(Vm/AT)RH 103 103(6.15103故RH=6.02103)103 1036.0310363103)103(Vm/AT)(2)n1 1 1.031021(AT/(VgmgC))Iq在 1031.61019(3) =S22.06(A/Vm)US(4) IRHI 10322.060.13(T1)八、预习思虑题：1、霍耳元件为何要用半导体资料，并且要求做得很薄？霍尔电压是如何产生的？答：半导体资料的迁徙率 高，电阻率适中，是制造霍耳器件较理想的材料。工作电流和磁场为何要换向？实质操作时如何实现？答：为了把产生霍耳效应的时候所陪伴的副效应的影响从丈量的结果中除去。实质操作时经过切换实验仪三组双刀开关改变电流和磁场的方向。回答［、、、U分别表示什么含义？I、的作用分别是什么？答：IS表示样品工作电流；IM表示励磁电流；u:表示存在磁场时的霍耳电压；U表示在零磁场下的霍耳电压。IS的作用是改变电流大小和方向，1M的作用是改变磁场的大小及方向。霍耳效应有哪些应用？ABS答：在现代汽车上宽泛应用的霍尔器件有：在分电器上作信号传感器、 系统中的速度传感器、汽车速度表和里程表、液体物理量检测器、各样用电负载的电流检测及工作状态诊疗、发动机转速及曲轴角度传感器。九、操作后思虑题：1、 如何精准丈量霍耳电压？本实验采纳什么方法除去各样附带电压？答：想法除去产生霍尔效应时陪伴的多种副效应。本实验采纳电流和磁场换向的所谓对称丈量法。2、磁场不恰巧与霍耳片的法线一致，对丈量结果有何影响？答：磁场不与霍尔片垂直，只有其法向重量能起作用，即霍尔片产生的霍尔电压会减小。可否用霍耳元件片丈量交变磁场？若能，如何丈量？答：能。如何依据I，B和VH的方向，判断所测样品为N型半导体仍是P型半导体？答：先设定I，B和VH的参照正方向：比如设定I从左向右为正，B垂直纸面向内为正，正电荷向上偏转，则VH从下向上为正。而后将丈量仪器按参照正方向连结。电流表要左侧接红表笔，右侧接黑表笔，电压表要下表面接红表笔，上表面接黑表笔。而后将I，B均调为正，察看电压表的正负。依据UKIB，假如电压表为负数，则敏捷度K0，电子导电，N型半导体；假如电压表为正数，K0，空穴导电，P型半导体。5、 请依据欧姆定律推导出U

答：欧姆定律5、 请依据欧姆定律推导出U

答：欧姆定律R―，电阻RIUS__U_