实验报告霍尔效应的应用（含答案）.docx

专业资料 大学物理实验报告 实验 3-13 霍尔效应的应用 一、实验目的： 1、了解霍尔效应原理以及有关霍尔器件对材料要求的知识。 2、学习用对称测量法消除副效应的影响，测量试样的V - I 和V - I 曲线。 H S H M 3、确定试样的导电类型、载流子浓度及迁移率。 二、实验器材： TH-H 型霍尔效应实验组合仪(由实验仪和测试仪两大部分组成) 1、实验仪：电磁铁、样品与样品架I 和I 换向开关及V 、V 切换开关 S M H 2、测试仪：两组恒流源、直流数字电压表 三、实验原理： 霍尔效应从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受洛伦兹力作用而引起的偏转。由于带电粒 子(电子或空穴)被约束在固体材料中，这种偏转就导致在垂直电流和磁场方向上产生正负电荷 的聚积，从而形成附加的横向电场，即霍尔电场。 (a) (b) 对于图中(a)所示的 N 型半导体试样，若在X 方向通以电流，在 Z 方向加磁场，试样中 载流子(电子)将受洛伦兹力F =evB 则在 Y 方向即试样A、A′ 电极两侧就开始聚积异号电 g 荷而产生相应的附加电场——霍尔电场。电场的指向取决于试样的导电类型。对 N 型试样， 霍尔电场逆 Y 方向； P 型试样则沿 Y 方向。其一般关系可表示为 word 完美格式 HS H S E (Y) 0, P型 专业资料 I (X ), B(Z) HE ( I (X ), B(Z) H 显然，该霍尔电场阻止载流子继续向侧面漂移。当载流子所受的横向电场力 eE 与洛伦兹 H 力evB 相等时，样品两侧电荷的累积就达到平衡，此时有 HeE evB (1) H 其中eE 为霍尔电场， v 是载流子在电流方向上的平均漂移速度。 H 设试样的宽度为 b，厚度为 d，载流子浓度为 n，则 SI nevbd (2) S 由(1)、(2)得 1 I B I B V E b S R S H H ne d H d (4) 产生霍尔效应的同时，因伴随着多种副效应，以致实验测得的 A、A’两极之间的电压 并不等于真实的V 值，而是包含着各种副效应引起的附加电压，因此必须设法消除。根据 H 副效应产生的机理可知， 采用电流和磁场换向的所谓对称测量法， 基本上能够把副效应的影 响从测量的结果中消除。具体做法是I 和 B 大小不变，并在设定电流和磁场的正、反方向 S 后，依次测量由下列四组不同方向的I 和 B 组合的两点之间的电压V ,V ,V ,V 即 S 1 2 3 4 I , B,V S 1 I , B,V S 2 I , B,V S 3 I , B,V S 4 然后求上述四组数据V ,V ,V ,V 的代数平均值，可得 1 2 3 4 V V V V V 1 2 3 4 (5) H 4 通过对称测量法求得的V ，虽然还存在个别无法消除的副效应，但其引入的误差甚 H 小，可以忽略不计。 H S由(4)式可知霍尔电压V (A、A’两极之间的电压)与 I H S word 完美格式 专