电霍尔效应及其应用

四川

实验时间：2009年11月15日

实验名称：电霍尔效应及其应用成绩：

学号：[1**********]

实验目的：班级：应物08级2班的

姓名：刘春

1、了解霍尔效应的基本原理； 2、学习霍尔效应测量磁场；

3、学习用“对称测量法”消除副效应的影响，测量式样的VHIS和VHIM曲线；

实验仪器：

TH-H型霍尔效应实验组合仪。

实验原理：

将一块半导体或导体材料，沿Z方向加以磁场B，沿X方向通以工作电流I，则在Y方向

产生出电动势VH，如图1所示，这现象称为霍尔效应。VH称为霍尔电压。

(a) (b)

图1 霍尔效应原理图

实验表明，在磁场不太强时，电位差VH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

VHRH

d (1) 或 VHKHIB (2)

式（1）中RH称为霍尔系数，式（2）中KH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）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B

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 F=qVE (3)

式中V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。F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E（即霍尔电场），使运动电子受到一个沿Y轴正方向的电场力F，A、B面之间的电位差为VH（即霍尔电压），则 F=eU/b (4) 将阻碍电荷的积聚，最后达稳定状态时有

即

eVBeH

b 得 VHVBb (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

V

I得

nebd (6) 将(6)式代入(5)式得 V1IBH nedIBRHdKHIB

(7)

式中

R11Hne称为霍尔系数，它表示材料产生霍尔效应的本领大小；KH

ned称为霍尔元件的灵敏度，一般地说，KH愈大愈好，以便获得较大的霍尔电压VH。因KH和载流子浓度n成反比，而

半导体的载流子浓度远比金属的载流子浓度小，所以采用半导体材料作霍尔元件灵敏度较高。又因KH和样品厚度d成反比，所以霍尔片都切得很薄，一般d≈0.2mm。

数据表格：

1、测绘VHIS实验曲线数据记录VH(V2V3V1V4)/4

2、测绘VHIM实验曲线数据记录

实验步骤：

1、正确连接电路，调节霍尔元件处于隙缝的中间位置；

2、测量霍尔电流Is与霍尔电压VH的关系。令励磁电流IM=0.600mA,调节霍尔电流Is=1.00mA，2.00mA，„，8.00mA（每隔1.0mA改变一次），分别改变励磁电流和霍尔电流的方向，记录对应的霍尔电压；

3、测量励磁电流IM与霍尔电压VH的关系。令霍尔电流Is=3.00mA，调节励磁电流IM=0.3A，0.4A，„，0.8. A（每隔0.1A改变一次），分别改变励磁电流和霍尔电流的方向，记录对应的霍尔电压； 4、测量在零磁场，Is=2.00mA时AC两端电压； 5、在Is=2.00mA，IM=0.600mA时VH随X的变化值；

数据处理：

1、VH-Is曲线；

2、VH-IM曲线；

3计算电导率；

Is=2.00mA, V=142.3mV



IslIl

Vs SVbd

所以： 

21033103

142.31030.51034103

21.08 4、求RH、n、；





UHRIsBHRUHdB R0.620.5103dH

IsH0.654103VmBI20.3950.6/TA M

在这里可以通过对对VH-Is的散点分布进行拟合求其斜率来进行计算。又因为： RH

(q为电子电荷)  n

1R13.61019

9.561021 Hq0.654101ne



21.08



9.56101.610

19

1.37810321 5、作VH-X 图；

VH-X

表

VH-X 图

误差分析：

产生误差的主要原因有：不等位电势和热能流引起的不等位电势，载流子速度的平均化处理,

各种效应会产生的电势差。霍尔系数时可以通过实验曲线的拟合来求，更为精确。

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