半导体的霍尔效应

东南大学材料科学与工程实验报告 学生姓名 徐佳乐 班级学号 12011415 实验日期 2014/9/4 批改教师 课程名称 电子信息材料大型实验 批改日期 实验名称 半导体霍尔效应实验 报告成绩一、 实验目的1、 了解半导体中霍尔效应的产生原理，霍尔系数表达式的推导。

2、 掌握霍尔系数和电导率的测量方法。

3、 通过测量数据的处理判别样品的导电类型，计算室温下所测半导体材料的霍尔系数、电导率、载流子浓度和霍尔迁移率。

二、 实验原理霍尔效应的测量是研究半导体性质的重要实验方法。

利用霍尔效应，可以确定半导体的导电类型和载流子浓度。

利用霍尔系数和电导率的联合测量，可以用来研究半导体的导电机制(本征导电和杂质导电)和散射机制(晶格散射和杂质散射)，进一步确定半导体的迁移率、禁带宽度、杂质电离能等基本参数。

测量霍尔系数随温度的变化，可以确定半导体的禁带宽度、杂质电离能及迁移率的特性。

1、 霍尔效应和霍尔系数设一块半导体的x 方向上有均匀的电流流过，在z 方向上加有磁场，则在这块半导体的y 方向上出现一横向电势差，这种现象被称为“霍尔效应”， 称为“霍尔电压”，所对应的横向电场称为“霍尔电场”。

霍尔电场强度的大小与流经样品的电流密度和磁感应强度的乘积成正比：ZX H H B J R E ••=式中比例系数称为“霍尔系数”。

半导体样品的长、宽、厚分别为l 、a 、b ，半导体载流子（空穴）的浓度为p ，它们在电场作用下，以平均漂移速度沿x 方向运动，形成电流。

在垂直于电场方向上加一磁场，则运动着的载流子要受到洛仑兹力的作用该洛仑兹力指向-y 方向，因此载流子向-y 方向偏转，这样在样品的左侧面就积累了空穴，从而产生了一个指向+y 方向的电场——霍尔电场。

当该电场对空穴的作用力q 与洛仑兹力相平衡时，空穴在y 方向上所受的合力为零，达到稳态。

在稳态时，有 ：若是均匀的，则在样品左、右两侧面间的电位差：而x 方向的电流： 由以上的式子得： 所以对p 型半导体： n 型半导体： 所以的计算式： 2、 半导体电导率半导体电导率：电导率测试公式：结合电导率和霍尔系数的测量，可以计算载流子的迁移率： 实验得出与温度T 的关系曲线如图1.现在以p 型半导体为例分析：（1） 低温区。

实验三半导体材料的霍尔效应测量实验1实验原理1）霍尔效应霍尔效应指的是在外加磁场的作用下，给半导体通入电流，内部的载流子受到磁场引起的洛伦兹力的影响，空穴和电子向相反的方向偏转，这种偏转导致在垂直电流和磁场方向上产生正负电荷的积累，形成附加的横向电场，直至电场对载流子的作用力与洛伦兹力抵消，此时的电场强度乘以半导体样品的宽度后，可以得到霍尔电压V H。

设磁感应强度为B，电子浓度（假设为n型半导体）为n，则电流表达式为I H=nevbd，而霍尔电压产生的电场为E H=vB霍尔电压的表达式为:V H=E H b=vBb =I HnebdBb =1neI H Bd=R HI H Bd其中R H称为霍尔系数：R H=1 ne可以通过V H,B, I H的方向可以判断样品的导电类型，通过V H和 I H的关系曲线可以提取出R H，进一步还可以得到电子（空穴）浓度。

在实际测量中，还会伴随一些热磁副效应，使得V H还会附带另外一些电压，给测量带来误差。

为了消除误差，需要取不同的I H和B的方向测量四组数据求平均值得到V H，如下表示I H正向I H负向B正向V1V3B负向V2V42)范德堡法测量电阻率由于实验使用的霍尔元件可视为厚度均匀、无空洞的薄片，故可使用范德堡法进行电阻率的测量。

在样品四周制作四个极小的欧姆接触电极1,2,3,4。

如图2所示。

14图 1 霍尔效应原理示意图先在1、2端通电流，3、4端测电压，可以定义一个电阻R1=|V34| I12然后在2、3端通电流，1、4端测电压，求R2=|V14| I23理论上证明样品的电阻率与R1、R2的关系为ρ=πdln2R1+R22f可以通过查表可知范德堡因子f与R1/R2的关系，从而求得样品的电阻率。

2实验内容本实验所用仪器为SH500-A霍尔效应实验仪、恒流电源、高斯计。

实验步骤如下：1）连线掌握仪器性能，连接恒流电源与霍尔效应试验仪之间的各组连线。

2）测量霍尔系数，判断样品的导电类型测量半导体样品的霍尔系数。

半导体霍尔效应研究一、实验目的1．了解半导体中霍尔效应产生的物理过程。

2. 掌握霍尔系数和电导率和测量方法，通过对常温下霍尔系数的测定，确定半导体材料的导电类型和掺杂浓度；了解霍数随温度的变化。

3．了解实验环境条件下可能产生的副效应及其消除方法。

二、实验仪器HL-6A霍尔效应仪、C5特斯拉计三、实验原理与方法(一)霍尔效应如图14－1所示，在一块矩形半导体样的X方向均匀地通以电流Ｉｘ，处于同一等势面上的A．B两点间的电位差为零；但若在Ｚ方向加上磁场Bz时，则A．B两点将产生电势差 V ,这一现象称为霍尔效应。

其因为由美国物理学家霍尔研究载流导体在磁场中导电的性质发现而得名。

Z yB Z Y X14-1霍尔效应示意图图14-2 P型半导体的霍尔效应为什么会产生霍尔电势差？假设一块P型半导体宽度为 a，厚度为 b，如图14－2所示。

我们首先讨论其中没有温度梯度且只有一种载流子，所有载流子都具有相同的漂移速度，磁场不太强不考虑磁阻的情况。

令V为空穴速度，P为空穴浓度，p为空穴迁移率。

磁场为Z方向，电流为X方向，电流密度为J。

此时沿X方向运动的空穴在磁场B作用下，受洛沦磁力作用使之横向偏转。

由于样品有边界，有些偏转的载流子在边界累积，产生一横向电场E，我们称之为霍尔电场。

霍尔电势差即由此电场而建立。

这时空穴受力为洛沦磁力与电场力的矢量和：F＝ｅ(Ｅ＋V×B) （14－1）达到稳态时，空穴所受的横向电场力与洛沦磁力恰好抵消，即ｅ（ｖ×B）= eE ( 14-2 )又通过样品的电流为I=pevab则空穴的速度为v=I/peab代入（14－2）式得E==两边同乘以a得V=（14－3）系数=R我们称之为霍尔系数。

又因为电流强度I＝J．ab ,V=E a , 故有 V=R．．a=R R=（14－4）如果是N型半导体，这时电子沿－X方向运动，在磁场B的作用下受到指向－y方向的洛沦磁力，这样载流子在边缘的累积，在－Y 方向建立霍尔电场E，同理我们可以导出E=-JB R== (n为电子浓度) （14-5）（为电子浓度）（14－5）我们在实验中只要能测出样品电流I，磁场强度B，样品厚度 b及霍尔电位差V，就可以求出霍尔系数R。

实验报告
一、实验目的和任务
1.理解霍尔效应的物理意义；
2.了解霍尔元件的实际应用；
3.掌握判断半导体导电类型，学会测量半导体材料的霍尔系数、电导率、载流子浓度、漂移迁移率及霍
尔迁移率的实验方法。

二、实验原理
将一块宽为2a，厚为d，长为b的半导体样品，在X方向通以均匀电流I X，Z方向上加有均匀的磁场B z 时（见图1.1所示），则在Y方向上使产生一个电势差，这个电势差为霍尔电势差，用U H表示，这种现象就称为霍尔效应。

图 2.1
与霍尔电势对应的电场，叫做霍尔电场，用E Y表示，其大小与电流密度J X和所加磁场强度B z成正比，可以定义如下形式：
E Y = R H·B Z·J X（1）
上式中，R H为比例系数，称为霍尔系数。

霍尔效应的物理意义可做如下解释：半导体中的电流是载流子（电子或空穴）的定向动动引起的，一人以速度υx运动的载流子，将受到沦仑兹力f B = e υx B Z的作用，使载流子沿虚线方向偏转，如图1.2所示，并最后堆积在与Y轴垂直的两个面上，因而产生静电场E Y，此电场对载流子的静电作用力f E=e E Y,它与磁场对运动载流子的沦仑兹力f B大小相等，电荷就能无偏离地通过半导体，因而在Y方向上就有一个恒定的电场E Y。

实验17半导体材料的霍尔效应霍尔效应是一种磁电效应，由AHHall (1855T938)于1879年在研究金属的导电机理时发现。

后来发现半导体、导电液等也有这种作用。

这种影响对金属来说并不显着，但对半导体来说却非常显着。

利用这种效应制成的各种霍尔元件广泛应用于工业自动化技术、检测技术和信息处理等领域。

霍尔效应是研究半导体材料特性的基本方法。

通过霍尔效应实验，可以测量半导体材料的霍尔系数，从而判断样品的导电类型，计算载流子浓度、载流子迁移率等重要参数。

【预览思考题】1、霍尔效应是如何产生的？2、霍尔元件的材料如何选择？［实验目的］1、了解霍尔效应的实验原理及霍尔元件相关参数的含义和作用；2.使用“对称测量法”消除副作用的影响，绘制样本总和曲线图；%-八和匕/一〃曲线；3.测定样品的导电类型、载流子浓度和迁移率。

【实验仪器】Th-h霍尔效应实验仪器。

【实验原理】Fig. 1 schematic diagram of hall effect experiment principle: a) carrier is ele1,霍尔效应霍尔效应本质上是磁场中洛伦兹力引起的运动带电粒子的偏转。

当带电粒子(电子或空穴)被限制在固体材料中时，这种偏转导致正负电荷在垂直电流和磁场方向上的积累，从而形成一个额外的横向电场，即霍尔电场。

对于图1所示的半导体样品，如果沿X方向施加电流，沿Z方向施加磁场，则样品中的载流子将受到洛伦兹力的影响。

E(H)o如图1展示的半导体样品，若沿八B,则样品中的载流子将受洛伦兹力的作用F B = qv×B （1）在Y 方向，即在样品A 和A/电极两侧积累了相同数量的不同符号的电荷，从而产生霍尔电场。

电场的方向取决于样品的导电类型。

对于N 型（即载流子为电子）样品（图la ）,_霍尔电 场与Y 方向相反，而P 型（即载流子为空穴）样品沿Y 方向（图lb ）o 有以下后（“）几 种类型。

半导体霍尔效应
嘿，朋友们！今天咱来聊聊半导体霍尔效应。

这玩意儿啊，就像是一个神奇的小魔法，在半导体的世界里施展着它独特的魅力。

你想想看，半导体就像是一个充满各种可能性的大舞台，而霍尔效应呢，就是在这个舞台上闪亮登场的明星。

当电流通过半导体的时候，嘿，就会产生一个神奇的现象，就好像电流在里面“玩”出了新花样。

这霍尔效应啊，就好比是一个聪明的小精灵，它能让我们了解半导体内部的情况。

它能告诉我们电流是怎么流动的，磁场又是怎么和半导体相互作用的。

你说神奇不神奇？要是没有它，我们对半导体的理解可就少了一大块呢！
咱平时用的好多电子设备里都有半导体霍尔效应的功劳。

就说手机吧，那里面的各种芯片可都离不开它。

它就像是一个默默工作的小工匠，虽然我们看不见它，但它却为我们的生活带来了那么多便利。

你说，要是没有霍尔效应，那这些电子设备还能这么好用吗？肯定不能啊！就好像是一辆汽车没有了轮子，还怎么跑得起来呢？
再想想看，半导体霍尔效应的应用那可真是广泛得很呐！在传感器领域，它可是大显身手。

它能检测各种物理量，比如磁场强度、压力等等。

这不就像是有了一双敏锐的眼睛，能察觉到我们平常察觉不到的东西吗？
而且哦，科学家们还在不断地研究和探索半导体霍尔效应，想让它发挥出更大的作用呢！说不定以后啊，它能给我们带来更多意想不到的惊喜和突破。

总之呢，半导体霍尔效应可真是个了不起的东西。

它虽然看不见摸不着，但却在我们的生活中无处不在。

它就像是一个隐藏在幕后的英雄，默默地为我们的科技发展贡献着力量。

我们可得好好珍惜它，好好利用它，让它为我们创造更美好的未来呀！难道不是吗？。

霍尔效应与半导体器件引言：近年来，随着科技的不断进步，半导体器件作为现代电子设备的核心组成部分，受到了越来越多的关注。

在研究半导体器件时，我们常常会遇到一个非常重要且关键的概念——霍尔效应。

本文将围绕霍尔效应展开探讨，并探究其在半导体器件中的应用。

一、霍尔效应的原理霍尔效应最早由美国物理学家爱德华·霍尔于1879年发现。

它是一种关于材料的电阻率与外加磁场的关系的现象。

简单来说，当一个电流通过某种材料时，在该材料中会产生一个磁场，进而引发电荷的偏转，最终导致材料的电阻发生变化。

这种现象即为霍尔效应。

二、霍尔效应的类型根据材料的不同特性，霍尔效应可分为正霍尔效应和负霍尔效应。

正霍尔效应指的是在应用垂直于电流方向的磁场时，霍尔电压与电流之间存在正比关系；负霍尔效应则正好相反，即霍尔电压与电流之间存在反比关系。

这两种效应的出现取决于半导体材料内部的载流子类型及其漂移方向。

三、霍尔效应的应用1. 电流传感器：借助霍尔效应，我们可以将半导体器件中的霍尔电压与外加电流进行相关计算。

这使得霍尔效应成为电流传感器的一种理想选择。

利用霍尔电感元件可以测量各种电流信号，并将其转化为相应的电压信号，实现对电流的准确测量。

2. 磁场传感器：霍尔效应也可以被用于磁场传感器的制造。

通过将半导体材料与霍尔效应结合，制备出灵敏度高、响应迅速的磁场传感器。

这种传感器广泛应用于导航系统、机器人技术、汽车电子等领域。

3. 光电器件：除了电流和磁场的测量之外，霍尔效应在光电器件中也有着重要的应用。

例如，利用霍尔电感元件的光电流特性，可以实现对光信号的检测和测量，从而实现对光强的精确控制。

四、半导体器件中的霍尔效应霍尔效应在半导体器件中的应用主要集中在两个方面：一是用于半导体材料特性的测量与研究，二是用于制备功能性器件。

1. 特性测量：半导体器件中的霍尔效应常常通过测量材料的霍尔电压和磁感应强度来了解材料的导电特性、载流子浓度等基本参数。

霍尔效应半导体内导电的粒子
半导体材料的导电性质与其内部载流子（电子或空穴）的运动密切相关。

在半导体中，带电粒子受到磁场的作用会发生偏转，从而产生霍尔效应。

根据霍尔系数的正负，我们可以判断半导体的导电类型是N型还是P型。

霍尔效应的实验测量方法可以帮助我们了解半导体材料的导电性质。

通过测量霍尔系数、电导率、载流子浓度、漂移迁移率和霍尔迁移率等参数，可以揭示半导体内部载流子的行为规律。

实验设备如HL-6A霍尔效应实验仪可以实现对这些参数的测量。

半导体的霍尔效应实验测试具有测试点多、连接繁琐、计算量大等特点，因此需要采用自动化测试系统来进行大量测量。

霍尔效应测试系统由Precise S系列源表、2700矩阵开关和霍尔效应测试软件Cyclestar等组成。

该系统可以在不同的磁场、温度和电流下进行测量，根据测试结果计算出电阻率、霍尔系数、载流子浓度和霍尔迁移率等参数，并绘制相关曲线图。

通过霍尔效应实验测试，我们可以进一步分析半导体材料的导电性能。

例如，根据霍尔系数与温度的关系，可以计算出载流子的浓度以及与温度的变化关系，从而确定材料的禁带宽度和杂质电离能。

此外，通过霍尔系数和电阻率的联合测量，可以确定载流子的迁移率；利用微分霍尔效应法可以测量纵向载流子浓度分布；测量低温霍尔效应则可以确定杂质补偿度。

总之，霍尔效应实验在半导体材料的研究中具有重要意义。

通过测量和分析霍尔效应，我们可以深入了解半导体内部载流子的行为，为半导体材料的性能优化和应用提供有力支持。

霍尔效应判断pn半导体在半导体领域，PN结是一个经常被谈及的话题。

在设计和制造半导体器件的过程中，我们需要根据材料的电子性质和结构来了解半导体的基本特性。

而霍尔效应则是一种广泛应用于半导体材料研究中的实验技术。

本文将介绍霍尔效应的原理及其在判断PN开关特性方面的应用。

一、霍尔效应的原理霍尔效应是磁场对导体中电荷运动的影响所产生的电压效应。

当一个导体被垂直于一个外加磁场时，如果导体中存在电子或正空穴，那么它们将遭受一个横向力的作用而偏转。

这种电子或空穴的偏转产生一个空间电荷分离效应，使另一端的电子浓度不断增加，而另一端的空穴浓度则不断减少，从而产生电动势，即霍尔电压。

霍尔效应的原理及其应用已经被广泛应用于半导体器件的研究中。

在半导体器件中，霍尔效应可以被用来研究半导体中的载流子密度，电迁移率等特性。

在对半导体器件进行测试时，使用霍尔效应可以实现对材料电子浓度，电子迁移率的测定。

二、使用霍尔效应判断PN半导体PN结是半导体元件的基本组成部分之一。

在PN结中，P区和N区的半导体材料所带的电荷种类和密度不同。

因此，在PN结中存在电势梯度，从而使载流子在P区和N 区之间自由扩散。

在半导体器件的设计和测试过程中，需要对PN结特性进行测试。

使用霍尔效应，则可以很容易地测试PN开关特性。

测试PN双极性晶体管的霍尔特性时，将半导体样品放在恒定的磁场中，即在垂直于半导体表面的方向上施加一个恒定的磁场。

在这个过程中，如果将PN结用作通道，霍尔电压将出现在PN结的侧侧面上。

这种侧侧方向的电压信号可以用来判断PN半导体中的载流子密度和电子迁移率等特性，从而检验PN结的PN开关性。

此外，使用霍尔效应进行PN半导体测试时，我们还可以对PN结的电阻系数和电子散射率等特性进行测量。

总而言之，霍尔效应的应用有助于我们研究PN结的电子特性，可以判断PN半导体的开关闭合特性，并为半导体器件的设计和制造提供关键参考。

因此，霍尔效应在半导体材料研究中有着广泛的应用前景，是半导体物理学领域的必备工具之一。