实验九、-霍尔效应演示课件.ppt

实验原理 现象 —— 霍尔效应 在长方形导体薄板上通以电流，沿电流的垂直方向施加磁场，就会在与电流和磁场两者垂直的方向上产生电势差，这种现象称为霍尔效应，所产生的电势差称为霍尔电压。 理论分析 磁场中运动载流子受洛伦兹力作用 F=qvB 电荷聚集形成电场 F=qE 电场力与洛伦兹力达到平衡，形成稳定电压UH mA - B mV 又考虑到(n为载流子浓度) 实验原理 令： 霍尔元件的灵敏度. IS为流过霍尔元件的电流，即其工作电流. —— 如果已知霍尔片的灵敏度KH，用仪器测出UH和IS即可求得磁感应强度B的量值. 金属的霍尔系数为 式中n为载流子浓度， e为载流子所带的电量。 是一常量，仅与导体材料有关，它是反映材料霍尔效应强弱的重要参数 —— 当给定 ，改变 时可得到 ， 呈线性关系，直线斜率就是 。可求得 由 可以确定以下参数 ： ①导电类型 如图： 由于运动电荷受到洛伦兹力的作用，使其S侧积累负电荷，P侧积累正电荷，因此电势差是P点高于S点， 则 为N型半导体。 + + + + + + — — — — — — B 带正电的粒子在洛伦兹力作用下，其正电荷向下偏移，上侧积累了负电荷，形成下高上低的电势差。这时， 则 ，所以是p型半导体。 p型半导体导电载流子为空穴，空穴相当于带正电的粒子，带正电粒子其运动方向和电流运动方向相同，如图所示： + + + + + + — — — — — — B 由以上讨论可知，霍尔电压 与载流子浓度 成反比，即导电材料的载流子浓度 越大，霍尔系数 就越小，霍尔电势差 就越小，一般金属中的载流子是自由电子，其浓度很大(大约 )，所以金属材料的霍尔系数很小，霍尔效应不显著。半导体材料的载流子浓度要比金属小得多，能够产生较大的霍尔电势差，所以霍尔片要用半导体材料做成，而不用金属材料做霍尔片。 另外载流子浓度的大小受温度的影响较大，所以要注意消除温度的影响。 还有，霍尔电压 与通过霍尔片的工作电流和电荷所受的磁场 的乘积成正比，与霍尔片厚度 成反比，霍尔片厚度 越小，霍尔电动势就越大，所以制作霍尔片时往往采用减小 的办法来增加霍尔电动势，从而提高灵敏度。 ②求载流子浓度 一般情况下可以用上式求解，但是严格说来，霍尔系数表达式中应当乘以一个修正因子 3?/8 ： 爱廷豪森效应 ＵE∝Ｉx·Ｂz P型半导体 + _ 温度低 温度高 Jx ⊙ Ｂz N型半导体 Ey Jx _ + 温度低 温度高 ⊙ Ｂz Ey 霍尔效应中的负效应 ＵE方向与I和Ｂ方向有关。不能消除，但很小可忽略。 由于材料中载流子的速度不同，在磁场的作用下，载流子的偏转半径不同，从而在y轴方向产生温度梯度，由此温度梯度形成的温差电动势为埃廷斯豪森电压。 能斯脱效应 沿x方向通以电流，两端电极与样品的接触电阻不同而产生不同的焦耳热，致使x方向产生温度梯度，这一温度梯度引起一附加的纵向热扩散电流，在磁场的作用下，从而在y轴方向产生附加电位差，为能斯脱电压。 ＵN∝Ｑx·Ｂz ＵN方向只与Ｂ方向有关。可通过改变磁场方向消除。 霍尔效应中的负效应 + + + + + + — — — — — — B 里纪-勒杜克效应 纵向热扩散电流，在磁场的作用下，从而在y轴方向产生温差，这一温差又引起附加电位差，为里纪-勒杜克电压。 ＵRL∝Ｑx·Ｂz ＵRL的方向只与Ｂ的方向有关。可通过改变磁场方向消除。 霍尔效应中的负效应 + + + + + + — — — — — — B 不等位效应 Ｕ0＝Ｉx·R0 制备霍尔样品时,