关于霍尔效应实验的误差分析.pdf

2014年第9期 物理通报 物理实验教学 关于霍尔效应实验的误差分析 何志强 (华南师范大学 广东广州 510006) (收稿日期：2013—12—20) 摘 要：霍尔效应实验是一个受系统误差影响较大的实验，特别是在霍尔效应产生的同时，伴随产生的其他效 应引起的附加电场对实验影响较大．本文简单介绍该实验的原理和实验误差的来源，使用0rigin6．o软件处理实 验数据，分析附加电场对霍尔电压和电流线性关系的影响，以及对霍尔系数测量值的影响．结果表明：附加电场的 存在不会影响所测霍尔电压和电流U—j，的线性关系，但对霍尔系数的测量有较大影响． 关键词：霍尔效应 霍尔系数 系统误差 附加电场 同时，电场阻止载流子继续向侧面偏移，试样中 1 实验原理 载流子将受到一个与t方向相反的横向电场力： 霍尔效应从本质上讲是运动的带电粒子在磁场 F。一压。，其中EH为霍尔电场强度．FE随电荷积累 中受洛伦兹力作用而引起的偏转．对于图1(a)所示增多而增大，当达到稳恒状态时，载流子所受的横向 的N型半导体，若在z方向的电极D，E上通以电流电场力qEH与洛伦兹力叫B相等，故有 Jr，，在2方向加磁场B，试样中载流子(电子)将受洛 征H=掣B (1) 伦兹力：F。一e云B，其中P为载流子(电子)电荷量，云 若试样的厚度为d，宽度为6，载流子浓度为卵， 为载流子在电流方向上的平均定向漂移速率，B为 则电流强度I，与的云关系为I；一，zq云磁，则 磁感应强度． 【，H一上毕一RH华 (2) 竹0 d d 无论载流子是正电荷还是负电荷，F。的方向均 沿y方向，在此力的作用下，载流子发生偏移，则在 即霍尔电压UH与I。成正比，比例系数RH=土 玎q 7电极两侧就开始聚积异号电荷 y方向即试样A，A 称为霍尔系数．只要测出L，H以及知道j，，B和d可 从而在试样A，A7两侧产生一个电位差UH，形成相 按下式计算RH． 应的附加电场E，即霍尔电场，相应的电压UH称为 ㈤ 霍尔电压，电极A，A’称为霍尔电极．对N型试样， RH一等 霍尔电场逆y方向，如图1(a)．P型试样则沿y方向， 磁感应强度B的大小与励磁电流J『M的关系为 如图1(b)． B—BDJM 2 实验误差分析 r 4’ ( 卜7—卅 2．1 系统误差 由于地磁场的存在，会产生一定的系统误差．另 外，在