深圳大学大学物理实验霍尔效应及其应用

大学物理实验报告【实验名称】霍尔效应【实验目的】1．了解霍尔效应实验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”消除付效应的影响，测量试样的VH—IS；和VH—IM 曲线。

3．确定试样的导电类型、载流子浓度以及迁移率。

【实验仪器】霍尔效应实验仪【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仑兹力作用而引起的偏转。

当带电粒子(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的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。

对于图1（a）所示的N型半导体试样，若在X方向通以电流1s，在Z方向加磁场B，试样中载流子（电子）将受洛仑兹力F B= e v B （1）则在Y方向即试样A、A'电极两侧就开始聚积异号电荷而产生相应的附加电场一霍尔电场。

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，有：Is (X)、B (Z) E H (Y) <0 (N型)E H (Y) >0 (P型)显然，该电场是阻止载流子继续向侧面偏移，当载流子所受的横向电场力HeE与洛仑兹力eVB相等时，样品两侧电荷的积累就达到平衡，故有HeE= B v e（2）其中HE为霍尔电场，v是载流子在电流方向上的平均漂移速度。

设试样的宽为b，厚度为d，载流子浓度为n，则bdvneIs=（3）由（2）、（3）两式可得dBIRdBInebEV SHSHH===1（4）即霍尔电压HV（A、A'电极之间的电压）与IsB乘积成正比与试样厚度成反比。

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大学物理实验讲义实验12用霍尔效应法测量磁场实验名称：用霍尔效应法测量磁场实验目的：1. 学习使用霍尔效应测量磁场；2. 熟悉实验仪器和操作方法。

实验器材：1. 霍尔效应磁场测量仪；2. 电磁铁；3. 直流电源；4. 万用表。

实验原理：霍尔效应是指将电流通过一个导体时，如果该导体处于垂直于磁场方向的磁场中，导体上将会产生一个电压，这个电压称为霍尔电压。

霍尔电压与磁场的强度具有一定的关系，可以通过测量霍尔电压来测量磁场的强度。

根据霍尔效应的原理，可得到以下公式：\[E_H = K \cdot B \cdot I\]其中，E_H为霍尔电压，K为霍尔常数，B为磁场强度，I为通过导体的电流。

实验步骤：1. 连接实验仪器。

将实验仪器的电源接入直流电源，将电磁铁的输入端接入直流电源的正极，将输出端接入实验仪器的霍尔电压测量端。

2. 调节电磁铁的电流。

通过调节直流电源的电流大小，控制电磁铁的磁场强度。

3. 测量霍尔电压。

通过实验仪器的读数，记录下给定电流下的霍尔电压。

4. 重复步骤2和步骤3，分别记录不同电流下的霍尔电压值。

5. 绘制电流与霍尔电压的图线。

6. 根据拟合直线的斜率和霍尔常数的关系，计算磁场强度。

注意事项：1. 实验过程中，要注意安全，避免触电和磁场对身体的影响。

2. 测量时需保持实验环境的恒温和较低的干扰。

3. 操作仪器时要注意仪器的使用说明，避免操作不当导致误差。

4. 测量结果的精度和准确性取决于实验仪器的精度、操作人员的技术水平和实验环境的条件等因素。

实验结果：根据测量所得的电流和霍尔电压数据，绘制出电流与霍尔电压的图线。

利用图线的斜率和霍尔常数的关系，计算出磁场的强度。

霍尔效应与应用1879年，年仅24岁的霍尔在导师罗兰教授的支持下，设计了一个根据运动载流子在外磁场中的偏转来确定在导体或半导体中占主导地位的载流子类型的实验，霍尔的发现在当时震动了科学界，这种效应被称为霍尔效应。

通过实验测量半导体材料的霍尔系数和电导率可以判断材料的导电类型、载流子浓度、载流子迁移率等主要参数。

通过测量霍尔系数和电导率随温度变化的关系，还可以求出半导体材科的杂质电离能和材料的禁带宽度。

如今常规霍尔效应不但是测定半导体材料电学参数的主要手段，利用该效应制成的霍尔器件已广泛用于非电量的电测量、自动控制和信息处理等各个研究领域。

该实验要求学生了解霍尔效应的基本原理、霍尔元件的基本结构，测试霍尔元件特性的方法，并对测量结果给出正确分析和结论。

鼓励学生运用霍尔效应的基本原理和霍尔元件的特性，设计一些测量磁场，或各种非磁性和非电性物理量的测量的实验方案，例如：磁场分布、位置、位移、角度、角速度等。

让学生更好的运用霍尔效应来解决一些实际问题。

一、预备问题1．霍尔效应在基础研究和应用研究方面有什么价值？2．如何利用实验室提供的仪器测量半导体材料的霍尔系数？3．怎样判断霍尔元件载流子的类型，计算载流子的浓度和迁移速率？4．伴随霍尔效应有那些副效应？如何消除？5．如何利用霍尔效应和元件测量磁场？6．如何利用霍尔元件进行非电磁的物理量的测量？7．若磁场的法线不恰好与霍尔元件片的法线一致，对测量结果会有何影响？如何用实验的方法判断B与元件法线是否一致？8．能否用霍尔元件片测量交变磁场？二、引言霍尔效应发现一百多年来，在基础和应用研究范围不断扩展壮大，反常霍尔效应、整数霍尔效应、分数霍尔效应、自旋霍尔效应和轨道霍尔效应等相继被发现，并构成了一个庞大的霍尔效应家族。

1985年克利青、多尔达和派波尔因发现整数量子霍尔效应，荣获诺贝尔奖；1998年诺贝尔物学理奖授予苏克林、施特默和崔琦，以表彰他们发现了分数量子霍尔效应。

【实验名称】霍尔效应时间：2021.03.11 创作：欧阳音【实验目的】1．了解霍尔效应实验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”消除付效应的影响，测量试样的VH—IS；和VH—IM曲线。

3．确定试样的导电类型、载流子浓度以及迁移率。

【实验仪器】霍尔效应实验仪【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仑兹力作用而引起的偏转。

当带电粒子(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的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。

对于图1（a）所示的N型半导体试样，若在X方向通以电流1s，在Z方向加磁场B，试样中载流子（电子）将受洛仑兹力FB = e v B （1）则在Y方向即试样A、A 电极两侧就开始聚积异号电荷而产生相应的附加电场一霍尔电场。

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，有：Is (X)、B (Z) EH (Y) <0 (N型)EH (Y) >0 (P型)显然，该电场是阻止载流子继续向侧面偏移，当载流子所受的横向电场力HeE与洛仑兹力eVB相等时，样品两侧电荷的积累就达到平衡，故有HeE= B v e（2）其中HE为霍尔电场，v是载流子在电流方向上的平均漂移速度。

设试样的宽为b，厚度为d，载流子浓度为n，则欧阳音创编2021.03.11 欧阳音创编2021.03.11欧阳音创编 2021.03.11 欧阳音创编 2021.03.11bdv ne Is =（3）由（2）、（3）两式可得dB I R d BI ne b E V S H S H H ===1（4）即霍尔电压HV （A 、A ' 电极之间的电压）与IsB 乘积成正比与试样厚度成反比。

比例系数neR H 1=称为霍尔系数，它是反映材料霍尔效应强弱的重要参数， 810⨯=IsBdV R H H 1、由RH 的符号(或霍尔电压的正、负)判断样品的导电类型判断的方法是按图一所示的Is 和B的方向，若测得的VH = VAA’触f <0，(即点A 的电位低于点A′的电位) 则RH 为负，样品属N 型，反之则为P 型。