T-霍尔效应原理及应用

TH-H型霍尔效应实验组合仪霍尔效应及其应用置于磁场中的载流体，如果电流方向与磁场垂直，则在垂直于电流和磁场的方向会产生一附加的横向电场，这个现象是霍普斯金大学研究生霍尔于1879年发现的，后被称为霍尔效应。

随着半导体物理学的迅速发展，霍尔系数和电导率的测量已成为研究半导体材料的主要方法之一。

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。

若能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料的杂质电离能和材料的禁带宽度。

如今，霍尔效应不但是测定半导体材料电学参数的主要手段，而且随着电子技术的发展，利用该效应制成的霍尔器件，由于结构简单、频率响应宽（高达10GHz）、寿命长、可靠性高等优点，已广泛用于非电量测量、自动控制和信息处理等方面。

在工业生产要求自动检测和控制的今天，作为敏感元件之一的霍尔器件，将有更广阔的应用前景。

了解这一富有实用性的实验，对日后的工作将有益处。

一、实验目的1．了解霍尔效应实验原理以及有关霍尔元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，测量并绘制试样的V H－I S和V H－I M曲线。

TH-H 型霍尔效应实验组合仪3．确定试样的导电类型、载流子浓度以及迁移率。

二、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 方向的电极D 、E 上通以电流Is ，在Z 方向加磁场B ，试样中载流子（电子）将受洛仑兹力： （1）其中e 为载流子（电子）电量， 为载流子在电流方向上的平均定向漂移速率，B 为磁感应强度。

B v g e F VTH-H 型霍尔效应实验组合仪（N型） 0 (Y)E （P型）0 (Y)E H H (X)、B（Z） Is <>（a ） （b ）图(1) 样品示意图无论载流子是正电荷还是负电荷，F g 的方向均沿Y 方向，在此力的作用下，载流子发生便移，则在Y 方向即试样A 、A ´电极两侧就开始聚积异号电荷而在试样A 、A ´两侧产生一个电位差V H ，形成相应的附加电场E —霍尔电场，相应的电压V H 称为霍尔电压，电极A 、A ´称为霍尔电极。

实验20 霍尔效应原理及其应用实验【实验目的】1、了解活儿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”消除副效应的影响。

3、确定试样的导电类型、载流子浓度以及迁移率。

【预习思考题】1、什么叫霍尔效应？为什么此效应在半导体中特别显著？答：霍尔效应在本质上讲是运动的粒子在磁场中受洛伦兹力作用而引起偏转，最终两极板间形成电势差，使粒子受电场力和洛伦兹力平衡的现象。

因为半导体的迁移率高，电阻率适中，从而较其他材料有更强的优势。

2、采用霍尔元件测量磁场时，具体要测量哪些量？实验中如何操作才能消除副效应的影响？I I，用对称测量法可以尽可能的消除副影响。

答：霍尔电压、两输出电流,M S3、列出计算霍尔系数、载流子浓度n、电导率σ及迁移率μ的计算公式，并注明单位。

答：=单位：; n=单位：σ单位：μ μ= σ单位：2/m V s【实验原理】霍尔效应从本质上讲是运动的电子在磁场中受到洛伦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方向上产生正负电荷的积累，从而形成附加的横向电场，即霍尔电场。

如图1所示的半导体试样，若在X方向通以电流，在Z方向加磁场,则试样中的载流子（电子）将受到洛伦兹力的作用，其大小为公式（1）图1 样品示意图在的作用下，电子流发生偏转，聚集到薄片的横向端面上A上，而使横向端面出现了剩余电荷，由此在Y轴方向上形成了一个横向的附加电场，称为霍尔电场，对于N型试样，方向由指向A。

电场对载流子产生一个方向和相仿的静电力,其大小为公式（2）显然，该电场的作用是阻碍载流子的进一步堆积，当载流子所受到的电场力和洛伦兹力相等时，样品两侧电荷的积累就会达到静电平衡，故有：公式（3）其中，是载流子在电流方向上的平均飘逸速度。

设试样的宽度为b，厚度为d,载流子浓度为n, 则公式（4）这时，A和之间的霍尔电势差为:公式（5）由公式（4）、（5）可得：公式（6）即霍尔电压与成正比，与试样厚度称反比。

课程名称：大学物理实验（二）实验名称：霍尔效应及其应用
图3.3 霍尔器件输出特性测量仪器实物图
仪器操作注意事项
1、测试仪开关机前将I S和I M旋钮逆时针转到底，防止输出电流过大；
2、I S和I M接线不可颠倒，以防烧坏霍尔片；
3、式样应置于螺旋线圈/铁芯气隙内磁场均匀处（即尽量处于中心）。

4、电压表调零
，测试仪功能选择置于“V H”，然后调节I M=0.5A,d=0.5mm
K，单位为千高斯/安(KGs/A)
表5.1 V H—I S曲线图
表5.2测绘曲线V H—I M数据记录表
/mV V2/mV V3/mV V4/mV V
Is-B，+Is-B，-Is+B，-Is
-4.52 4.53-4.80
-6.07 6.11-6.36
-7.637.64-7.92
-9.199.20-9.47
-10.7510.76-11.03
-12.3112.32-12.60
图5.2V H—I M曲线图
测量螺线管轴线上磁场分布
图5.3螺线管轴线上磁场分布
I S曲线的数据处理如下
=0.500A，K=3.94(KGS/A)
V H1=V1−V2+V3−V4
4=2.64−(−2.54)+2.55−(−2.63)
4
=2.59(mV)
5.1；
B=KI M=0.394×0.5=0.197(T)。

实验七、霍尔效应1879年，霍尔在研究截流导体在磁场中的受力情况时，发现了一种现象：给处于匀强磁场中的板状金属导体，通以垂直于磁场方向的电流时，肝在金属板的上下两表面间产生一个横向电势差，这一现象称为霍尔效应。

霍尔效应不只是在金属导体中产生，在半导体或导体中同样也能产生，且半导体中的霍尔效应更加显著。

霍尔效应是研究半导体材料性能的重要理论根据，利用半导体材料制成的霍尔元件，又称为霍尔传感器。

一、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”消除副效应的影响，测量试样的ＶＨ－ＩＳ和ＶＨ－ＩＭ曲线。

3．确定试样的导电类型，载流了的浓度以及迁移率。

二、实验仪器霍尔效应仪；霍尔效应测试仪、fx-3600p 计算器。

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仑兹力作用而引起的偏转。

假定有如图所示的金属块中，通以水平向右的沿Ｘ轴正方向的电流Ｉ，外加沿Ｚ轴正方向的磁感应强度为Ｂ的磁场。

由于金属中形成电流的是电子，电子的定向移动方向与电流方向相反，即沿Ｘ轴负方向。

此时电子在磁场中受洛仑兹力f H ，方向向下，则电子向金属块的下沿聚集，相应正电荷则在上板。

这样形成由上向下的电场E H ，使后来的电子在受到向下洛仑兹力f H 的同时，还受到向上的电场力f E ，最终两个力平衡，上下板的电荷达到稳定状态。

这时上下板之间的电压称之为霍尔电压，这种效应叫霍尔效应。

霍尔电压的计算公式的推导：设电子的电量为e ，单位体积中的自由移动的电荷数—即载流了浓度为n ，霍尔片的厚度为d,高度为b ，则由f H =qVB,f e =qE,I=neSv=nebdv;f e =f H.最后推出：B I K nedBI b E U S H S H H === （1） 其中U H 为霍尔电压（A ！、A 之间的电压），它与I S B 的积成正比。

比例系数K H =1/ned 称为霍尔灵敏度，它反映材料的霍尔效应强弱的重要参数，表示该元件在单位磁感应强度和单位工作电流时霍尔电压的大小。

霍尔效应原理图第六章霍尔传感器本章主要讲述内容：、霍尔传感器的工作原理、霍尔元件的基本结构和主要技术指标、霍尔元件的测量电路、霍尔传感器举例概述：霍尔元件是一种基于霍尔效应的磁传感器得到广泛的应用。

可以检测磁场及其变化可在各种与磁场有关的场合中使用。

霍尔器件以霍尔效应为其工作基础。

特点：霍尔器件具有许多优点它们的结构牢固体积小重量轻寿命长安装方便功耗小频率高耐震动不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀。

第一节霍尔元件的基本工作原理霍尔效应原理图霍尔元件金属或半导体薄片置于磁场中当有电流流过时在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势这种物理现象称为霍尔效应。

设图中的材料是Ｎ型半导体导电的载流子是电子。

在ｚ轴方向的磁场作用下电子将受到一个沿ｙ轴负方向力的作用这个力就是洛仑兹力。

它的大小为：FL=－evBFL电荷的聚积必将产生静电场即为霍尔电场该静电场对电子的作用力为FE与洛仑兹力方向相反将阻止电子继续偏转其大小为式中EH为霍尔电场e为电子电量UH为霍尔电势。

当FL=FE时电子的积累达到动平衡即所以FLFE设流过霍尔元件的电流为I时式中ld为与电流方向垂直的截面积n为单位体积内自由电子数(载流子浓度)。

则IADBCBlLdUHA、B霍尔电极C、D控制电极FLFE令RH则被定义为霍尔传感器的霍尔系数。

由于金属导体内的载流子浓度大于半导体内的载流子浓度所以半导体霍尔系数大于导体。

霍尔系数及灵敏度则KH为霍尔元件的灵敏度。

由上述讨论可知霍尔元件的灵敏度不仅与元件材料的霍尔系数有关还与霍尔元件的几何尺寸有关。

一般要求霍尔元件灵敏度越大越好霍尔元件灵敏度的公式可知霍尔元件的厚度d与KH成反比。

令则通过以上分析可知：）霍尔电压UH与材料的性质有关n愈大KH愈小霍尔灵敏度愈低n愈小KH愈大但n太小需施加极高的电压才能产生很小的电流。

因此霍尔元件一般采用N型半导体材料）霍尔电压UH与元件的尺寸有关。

d愈小KH愈大霍尔灵敏度愈高所以霍尔元件的厚度都比较薄但d 太小会使元件的输入、输出电阻增加。

大学物理霍尔效应及其应用1、若磁场B的方向不与霍尔元件表面垂直，对实验结果有何影响？测得霍尔电压会减小，因为霍尔电压与垂直霍尔元件的磁感应强度分量成正比，若磁场方向不垂直于霍尔元件，会使所加有效磁场为预设磁场的垂直分量，从而使结果较实际值偏小。

2、霍尔元件的工作电流是否可以用交流电？此时的霍尔电压会怎样变化？不可以，霍尔电压的正负与工作电流的流向有关，交流电电流方向不停改变，会导致霍尔电压时正时负，无法测量。

3、本实验中怎样消除负效应的影响？还有什么实验中采用类似方法去消除系统误差？通过对称测量法消除，改变工作电流和磁场的方向记录相应正负四组组合所产生的霍尔电压，对其按公式求代数平均值从而可以消除大部分负效应，在旋光仪和分光计实验中记录角度时左右两次读数求平均来消除仪器的偏心误差。

【实验原理及公式】810H H s V dR I B=⨯ 【实验内容及步骤】1．正确连接电路，经老师检验正确后方可进行试验。

2．测绘H s V I -曲线：0.600A M I =I s （mA ） V 1（mV ）V 2（mV ）V 3（mV ）V 4（mV ）V H （mV ）++s B I ， +s B I -， s B I -，-+s B I ，-1.00 1.503．测绘H M V I -曲线： 3.00mA s I =4．测V AC （即V σ）：取 2.00mA s I =，B =0（I M 断开），测得：V σ= mV5．已知：d =0.5mm ，b =4mm ，l =3mm ，B= KGS/A= GS/A （从仪器上读出）【数据处理】（要求写出计算过程） 1．810H H s V dR I B=⨯= = cm 3/C 样品的导电类型为： 型 2．1H n R e== = cm -3 =s I lV bdσσ= = S/m =H R μσ= = T -1。

霍尔效应一、简介霍尔效应是磁电效应的一种，这一现象是霍尔（A.H.Hall ，1855—1938）于1879年在研究金属的导电机构时发现的。

后来发现半导体、导电流体等也有这种效应，而半导体的霍尔效应比金属强得多，利用这现象制成的各种霍尔元件，广泛地应用于工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面。

霍尔效应是研究半导体材料性能的基本方法。

通过霍尔效应实验测定的霍尔系数，能够判断半导体材料的导电类型、载流子浓度及载流子迁移率等重要参数。

流体中的霍尔效应是研究“磁流体发电”的理论基础。

二、理论知识准备1． 1． 霍尔效应将一块半导体或导体材料，沿Z 方向加以磁场B，沿X 方向通以工作电流I ，则在Y 方向产生出电动势H V ，如图1所示，这现象称为霍尔效应。

H V 称为霍尔电压。

(a) (b)图1 霍尔效应原理图实验表明，在磁场不太强时，电位差H V 与电流强度I 和磁感应强度B 成正比，与板的厚度d 成反比，即d IB R V HH =(1)或 IB K V H H =(2)式（1）中H R 称为霍尔系数，式（2）中H K 称为霍尔元件的灵敏度，单位为mv / (mA ·T)。

产生霍尔效应的原因是形成电流的作定向运动的带电粒子即载流子（N 型半导体中的载流子是带负电荷的电子，P 型半导体中的载流子是带正电荷的空穴）在磁场中所受到的洛仑兹力作用而产生的。

如图1（a ）所示，一快长为l 、宽为b 、厚为d 的N 型单晶薄片，置于沿Z 轴方向的磁场B中，在X 轴方向通以电流I ，则其中的载流子——电子所受到的洛仑兹力为j eVB B V e B V q F m -=⨯-=⨯=(3)式中V为电子的漂移运动速度，其方向沿X 轴的负方向。

e 为电子的电荷量。

m F 指向Y轴的负方向。

自由电子受力偏转的结果，向A 侧面积聚，同时在B 侧面上出现同数量的正电荷，在两侧面间形成一个沿Y 轴负方向上的横向电场H E（即霍尔电场），使运动电子受到一个沿Y 轴正方向的电场力e F，A 、B 面之间的电位差为H V （即霍尔电压），则jb V e j eE E e E q F H H H H e ==-==(4)将阻碍电荷的积聚，最后达稳定状态时有0=+e m F F=+-j b V e j eVB H即b V eeVB H= 得 VBb V H =(5)此时B 端电位高于A 端电位。

利用霍尔效应测量磁场的原理一、引言霍尔效应是一种用于测量磁场的重要原理，它利用了材料中的载流子在磁场中受到洛伦兹力的作用而产生的电势差来进行测量。

本文将详细介绍利用霍尔效应测量磁场的原理。

二、霍尔效应基础知识1. 霍尔效应定义霍尔效应是指当把一个导体置于外加磁场中时，在导体内部会形成一定大小和方向的电势差，这种现象称为霍尔效应。

2. 霍尔电压公式在一个宽度为w、长度为l、厚度为t的导体内，当通过该导体沿着x 轴方向有电流I流过时，如果该导体放置在磁感强度B垂直于x轴方向的外加磁场中，则在y轴方向会出现一个电势差VH。

其中，VH与I、B以及l、w和t之间存在如下关系：VH = RHB * I * B其中RHB称为霍尔系数或霍尔常数，它与材料有关。

3. 霍尔系数公式对于n型半导体材料而言，其霍尔系数RHB可表示为：RHB = 1/ne其中，n为半导体中的载流子浓度，e为电子电荷。

4. 霍尔效应的应用霍尔效应广泛应用于磁场测量、传感器、电子元件等领域。

其中，利用霍尔效应进行磁场测量是其最重要的应用之一。

三、利用霍尔效应测量磁场的原理1. 测量原理利用霍尔效应进行磁场测量的原理基于以下两个方面：（1）材料中载流子在磁场中受到洛伦兹力的作用而产生电势差；（2）在材料内部形成沿着磁场方向的电势差，在外部形成垂直于磁场方向的电势差。

根据这两个方面，可以通过将一个材料放置在外加磁场中，并通过测量该材料内部沿着磁场方向和垂直于磁场方向的电势差来确定外加磁场强度大小和方向。

2. 测量步骤利用霍尔效应进行磁场测量需要按以下步骤进行：（1）选择合适的半导体材料：选择具有良好霍尔效应的半导体材料，如InSb、InAs等。

（2）制备霍尔元件：将半导体材料制成一定尺寸的薄片，然后在薄片上制作电极。

（3）放置在磁场中：将霍尔元件放置在外加磁场中，并通过电流源给霍尔元件提供一定大小的电流。

（4）测量电势差：通过两个电极间的电势差来测量沿着磁场方向和垂直于磁场方向的电势差，从而确定外加磁场强度大小和方向。

39 迅速、仔细地投入内筒，同时记录下水的初温1T 及该时刻时间1t ，填入表3-4中。

表3-4水的初温T 1及该时刻时间t 1 T 1 1t④ 从初温1T 对应的时刻1t 开始，到系统末温2T 对应的时刻2t 为止，在此期间内，每隔一定时间记录下系统的温度，填入表3-5中。

表3-5系统温度 1TT T T T 2T 1t t t t t 2t⑤ 称量出熔解后冰水混合物、内筒及搅拌器的总质量。

⑥ 计算冰的熔解热L 。

【注意事项】① 放入冰块及搅拌时应注意避免将水溅出，取温度计时也应注意尽量避免带出水滴。

② 用电子天平称量质量时，应注意不要将水接触电源插座。

【思考题】① 水的初温选择得过高或者过低会有什么后果？② 系统的最终温度T 2由什么因素决定？③ 为什么不能在实验过程中打开量热器的盖子去看冰是否熔解完后再盖上盖子？实验三 霍尔效应及其应用【实验目的】① 了解霍尔效应实验原理及有关霍尔器件的相关知识。

② 学习用“对称测量法”消除副效应的影响，测量试样的H S V I -和H M V I -曲线。

③ 确定试样的导电类型、载流子浓度及迁移率。

【仪器和用具】TH-H 型霍尔效应实验组合仪。

【实验原理】置于磁场中的载流体，如果电流方向与磁场方向垂直，则在垂直于电流和磁场的方向会产生一附加的横向电场，这个现象被称为霍尔效应。

如今，霍尔效应不但是测定半导体材料电学参数的主要手段，而且利用该效应制成的霍尔器件已广泛用于非电量测量、自动控制和信息处理等方面。

在工业生产要求自动检测和控制的今天，作为敏感元件之一的霍尔器件，将有更广阔的应用前景。

了解这一富有实用性的实验，对日后的工作将有益处。

1．霍尔效应法测磁场的原理图3-4 霍尔效应原理图。

霍尔效应的理解和应用湖北省恩施高中陈恩谱一、霍尔效应1、预设条件：通有电流I 的导体，处在磁场B 中。

2、霍尔效应：（1）载流子的偏转导体通有电流，实际上是导体内的自由电荷（载流子）发生了定向移动；这种定向移动的电荷，必然受到磁场对它们的洛伦兹力作用而偏转。

（2）导体垂直磁场的两侧面的电势差载流子侧向偏转的结果，是导体垂直磁场的两个侧面出现正负电荷的累积，进而在两侧面间形成垂直导体中电流方向的电场E （霍尔电场），进而在导体两侧面间形成电势差。

（3）载流子对电势高低的影响如图①所示，若载流子是负电荷，则载流子在洛伦兹力作用下会向下偏转，使得导体下表面积累负电荷，与此同时，上表面失去负电荷而带上正电，从而使得上表面电势高于下表面；反过来，如图②所示，若载流子是正电荷，则载流子在洛伦兹力作用下也会向下偏转，使得导体下表面积累正电荷，与此同时，上表面失去正电荷而带上负电，从而使得下表面电势高于上表面。

二、霍尔电压1、稳定电压的产生载流子沿着导线定向移动时，不仅受到洛伦兹力qvB 作用，还受到霍尔电场力qE 的作用，洛伦兹力促使载流子偏转，电场力阻碍载流子偏转，但只要电场力还小于洛伦兹力，载流子就会继续向导体侧面偏转；随着载流子持续偏转，导体两侧面电荷累积增多，霍尔电场增强，电场力增大，当导体两侧面累积电荷足够多、霍尔电场足够强时，电场力与洛伦兹力平衡，载流子就不再偏转，导体两侧的电荷量达到稳定，霍尔电场不再变化，则两侧面间的电势差达到稳定，这个电势差就被称之为霍尔电压，符号为U H 。

2、霍尔电压的计算设霍尔电场场强为E ，则由平衡条件，有0=-qvB qE ，导体两侧面间的电势差——即霍尔电压为Ed U H =，联立得Bdv U H =。

其中，v 是载流子在到体内沿着导线定向移动的平均速率，设导体单位体积内自由电荷数为n ，每个载流子的电荷量为q ，导体沿着磁场方向的厚度为h ，则导体垂直电流方向的横截面积为hd S =，有nqSv I =，解得nqSIv =，代入Bdv U H =，得hBInq U H ⋅=1。

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。

霍尔效应及其应用霍尔效应是导电材料中的电流与磁场相互作用而产生电动势的效应。

1879年美国霍普金斯大学研究生霍尔在研究金属导电机理时发现了这种电磁现象，故称霍尔效应。

后来曾有人利用霍尔效应制成测量磁场的磁传感器，但因金属的霍尔效应太弱而未能得到实际应用。

随着半导体材料和制造工艺的发展，人们又利用半导体材料制成霍尔元件，由于它的霍尔效应显著、结构简单、形小体轻、无触点、频带宽、动态特性好、寿命长，因而被广泛应用于自动化技术、检测技术、传感器技术及信息处理等方面。

在电流体中的霍尔效应也是目前在研究中的“磁流体发电”的理论基础。

近年来，霍尔效应实验不断有新发现。

1980年原西德物理学家冯·克利青研究二维电子气系统的输运特性，在低温和强磁场下发现了量子霍尔效应，这是凝聚态物理领域最重要的发现之一。

目前对量子霍尔效应正在进行深入研究，并取得了重要应用，例如用于确定电阻的自然基准，可以极为精确地测量光谱精细结构常数等。

在磁场、磁路等磁现象的研究和应用中，霍尔效应及其元件是不可缺少的，利用它观测磁场直观、干扰小、灵敏度高、效果明显。

霍尔效应也是研究半导体性能的基本方法，通过霍尔效应实验所测定的霍尔系数，能够判断半导体材料的导电类型，载流子浓度及载流子迁移率等重要参数。

【实验目的】(1) 了解霍尔效应产生的机理及霍尔元件有关参数的含义和作用。

(2) 学习利用霍尔效应研究半导体材料性能的方法及消除副效应影响的方法。

(3) 学习利用霍尔效应测量磁感应强度B 及磁场分布。

(4) 学习用最小二乘法和作图法处理数据。

【实验原理】 (1) 霍尔效应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的作用而引起的偏转。

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在不同侧的聚积，从而形成附加的横向电场。

这个现象叫做霍尔效应。

如图1.1所示，把一块半导体薄片放在垂直于它的磁感应强度为B 的磁场中（B 的方向沿Z 轴方向），若沿X 方向通以电流S I 时，薄片内定向移动的载流子受到的洛伦兹力B F 为：quB F B = ，其中q ,u 分别是载流子的电量和移动速度。

霍尔效应原理
霍尔效应是指当导电材料中的电流通过时，如果在该材料上施加一个垂直于电
流方向的磁场，就会在该材料的横截面上产生一个电动势，这种现象就被称为霍尔效应。

霍尔效应是由美国科学家爱德华·霍尔在1879年发现并描述的，它为我们
解释了一些材料的电学性质提供了重要的线索。

在霍尔效应中，当电流通过导体时，导体内的自由电子会受到磁场的作用而偏转，这导致了电子在导体的一侧聚集，而在另一侧则缺乏电子。

这种电子的聚集和缺乏会导致在导体的横截面上产生一个电势差，这个电势差就是霍尔电压。

霍尔电压的大小与导体的电流、磁场的强度以及导体材料的性质都有关。

霍尔效应的原理可以用一个简单的方程来描述，\[V_H = \frac{IB}{ne}\]其中，
\(V_H\)代表霍尔电压，\(I\)代表电流强度，\(B\)代表磁感应强度，\(n\)代表单位体
积内的自由电子数目，\(e\)代表电子的电荷量。

从这个方程可以看出，霍尔电压与
电流强度和磁感应强度成正比，与自由电子数目成反比。

霍尔效应在现代电子技术中有着广泛的应用。

例如，在传感器中，霍尔元件可
以用来检测磁场的强度和方向，从而实现位置、速度和角度的测量。

在电子设备中，霍尔元件也可以用来进行电流的测量和控制。

此外，霍尔效应还可以用来研究材料的电学性质，从而为材料的设计和应用提供重要的参考。

总之，霍尔效应是一种重要的电学现象，它揭示了电流在磁场中的行为规律，
为我们理解和应用电子技术提供了重要的理论基础。

通过对霍尔效应原理的深入研究和应用，我们可以更好地利用电磁力学的知识来解决实际问题，推动电子技术的发展和应用。

实验十五 霍尔效应及其应用置于磁场中的载流体，如果电流方向与磁场垂直，则在垂直于电流和磁场的方向会产生一附加的横向电场，这个现象是霍普金斯大学研究生霍尔于1879年发现的，后被称为霍尔效应。

如今霍尔效应不但是测定半导体材料电学参数的主要手段，而且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方面。

在工业生产要求自动检测和控制的今天，作为敏感元件之一的霍尔器件，将有更广泛的应用前景。

掌握这一富有实用性的实验，对日后的工作将有益处。

【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”消除副效应的影响，测量试样的V H -I S 和V H -I M 曲线。

３．确定试样的导电类型、载流子浓度以及迁移率。

【实验原理】1．霍尔效应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H E 。

如图15-1所示的半导体试样，若在X 方向通以电流S I ，在Z 方向加磁场B ，则在Y 方向即试样 A-A / 电极两侧就开始聚集异号电荷而产生相应的附加电场。

电场的指向取决于试样的导电类型。

对图15-1（a ）所示的N 型试样，霍尔电场逆Y 方向，（b ）的P 型试样则沿Y 方向。

即有)(P0)()(N 0)(型型⇒>⇒<Y E Y E H H显然，霍尔电场H E 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H eE 与洛仑兹力B v e 相等，样品两侧电荷的积累就达到动态平衡，故XYZB v e eE H = （15-1）其中H E 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bd v ne I S = (15-2)由（15-1）、（15-2）两式可得：dB I R d BI ne b E V S H S H H ===1 (15-3)即霍尔电压H V （A 、A ／电极之间的电压）与B I S 乘积成正比与试样厚度d 成反比。

霍尔效应及其应用实验报告一、实验名称：霍尔效应原理及其应用二、实验目的：1、了解霍尔效应产生原理；2、测量霍尔元件的H s V I -、H m V I -曲线，了解霍尔电压H V 与霍尔元件工作电流s I 、直螺线管的励磁电流mI 间的关系；3、学习用霍尔元件测量磁感应强度的原理和方法，测量长直螺旋管轴向磁感应强度B 及分布；4、学习用对称交换测量法（异号法）消除负效应产生的系统误差。

三、仪器用具：YX-04型霍尔效应实验仪（仪器资产编号）四、实验原理：1、霍尔效应现象及物理解释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B f 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于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。

对于图１所示。

半导体样品，若在ｘ方向通以电流sI ，在ｚ方向加磁场B ，则在ｙ方向即样品Ａ、Ａ′电极两侧就开始聚积异号电荷而产生相应的电场HE ，电场的指向取决于样品的导电类型。

显然，当载流子所受的横向电场力E B f f <时电荷不断聚积，电场不断加强，直到E Bf f =样品两侧电荷的积累就达到平衡，即样品Ａ、Ａ′间形成了稳定的电势差（霍尔电压）HV 。

设HE 为霍尔电场，v 是载流子在电流方向上的平均漂移速度；样品的宽度为b ，厚度为d ，载流子浓度为n ，则有：，则有：s I nevbd = （（1－1） 因为E H f eE =，B f evB =，又根据E Bf f =，则，则1s s H H HI B I B V E b R ne d d =×=×= （（1－2）其中1/()H R ne =称为霍尔系数，是反映材料霍尔效应强弱的重要参数。

只要测出HV 、B以及知道sI 和d ，可按下式计算3(/)H R m c ：H Hs V d RI B =（（1－3）B I U K SHH/= （（1—4） H K 为霍尔元件灵敏度。

霍尔的工作原理
霍尔效应是指当某个材料（通常是半导体）中有电流通过时，若施加了一个垂直于电流方向的磁场，就会在材料中产生一种电势差。

这种电势差被称为霍尔电压。

工作原理如下：当电流从一个导体通过时，载流子（通常为电子）受到洛伦兹力的作用，被偏转成一个特定方向。

由于载流子受到的力与载流子的电荷符号有关，所以在导体的一侧会聚集相同符号的载流子，而在另一侧会聚集相反符号的载流子。

这种聚集会导致一个电场的形成，产生一种电势差，即霍尔电压。

这个电势差的大小与载流子密度、电流强度和磁场强度有关。

霍尔电压的测量可以通过在导体的一侧放置一个电压表来进行。

这个电压表的表头垂直于电流方向，即与磁场垂直。

当有电流通过时，电压表会指示出霍尔电压的大小。

霍尔效应在实际应用中有很多用途，例如磁敏感器、电流传感器和霍尔元件等。

它们可以用于测量磁场强度、检测电流、进行位置检测等。