大学物理实验报告 霍尔效应.pdf

霍尔效应的研究 钱瑞杰，13 级物理系 一、引言 近年来，在科研和工业中，霍尔效应被广泛应用于磁场测量。本实验通过 使用霍尔传感器了解半导体的霍耳效应，研究霍耳电压与磁场强度、电流之间 的关系，了解霍耳效应的各种副效应并学习根据需要抑制或增强各种副效应的 方法。 二、实验原理 1、霍尔效应 如图1 所示，当电流 流过 I d 厚度为 的半导体薄片，因磁场 B 垂直作用于该半导体，则电子 流方向会因洛伦兹力作用而发生 改变，正电荷向a 侧聚集，负电 荷向b 侧聚集，从而在a、b 之间形成霍尔电势差 ， U H  RH  U  IB  K IB （1） H   H  d  其中， 为霍尔元件灵敏度， 、 分别为电流强度和磁场强度。 K I B H 2、霍尔效应中的副效应 （1）不等位电势差 ：由于霍尔元件的材料本身不均匀，以及由于工艺制作时， U  很难保证将霍尔片的电压输出电极焊接在同一等势面上，因此当电流流过样品 时，即使已不加磁场，在电压输出电极之间也会产生一电势差 ，U  Ir ，只 U   与电流有关，与磁场无关。 （2）厄廷豪森效应：霍尔片内部的快慢载流子向不同方向偏转，动能转化为热 x 能，使 方向两侧产生温度差，因此霍尔电极和样品间形成热电偶，在电极间产 生温差电动势 。U  IB ，其正负、大小与 、 的大小和方向有关。 U I B E E （3）能斯托效应：由于两个电流电极与霍尔样品的接触电阻不同，样品电流在 电极处产生不同的焦耳热，引起两电极间的温差电动势，此电动势又产生温差电 流（又称热电流）Q，热电流在磁场的作用下将发生偏转，结果在y 方向产生附 加的电势差 ，且 ， 的正、负只与B 的方向有关，这一效应称为能 U U QB U N N N 斯托效应。 （4）里纪─勒杜克效应：以上谈到的热流Q在磁场作用下，除了在y 方向产生电 势差外，还由于热流中的载流子的迁移率不同，将在y 方向引起样品两侧的温差， 此温差在y 方向上产生附加温差电动势U QB ， 只和B有关，和I无关。 U R R 以上副效应会影响霍尔电势差的测量，但是测量时改变I和B 的方向可以消除 这些附加电势差的影响，具体方法如下： ① 当（+B 、+I ）时，U U U U U U 1 H  E N R ② 当（+B 、-I ）时，U U U U U U 2 H  E