霍尔效应实验数据及曲线

霍尔效应的实验报告数据处理摘要：本实验使用霍尔效应仪测量了铜片在不同磁场强度下的霍尔电压，并结合了铜片尺寸，磁场大小的相关数据，分析计算出铜片的电阻率与载流子浓度。

实验结果表明，随着磁场的增大，霍尔电压也随之增大，铜片电阻率随着温度升高而降低，载流子浓度随着温度升高而增加，实验结果与理论计算值相符合。

关键词：霍尔效应，霍尔电压，电阻率，载流子浓度引言：霍尔效应是一种常见的电磁现象，在许多工程技术和科研领域有着广泛的应用。

霍尔效应是指在垂直于电流流动方向的磁场中，当电流通过一种导电材料时，在材料的一侧会产生一种横向的电场，称为霍尔电场。

这种现象被称为霍尔效应，且霍尔电场的大小与磁场强度，材料的形状和电导率有关。

本实验旨在通过使用霍尔效应仪，测量铜片在不同磁场强度下的霍尔电压，并结合铜片的尺寸和磁场大小等参数，计算出铜片的电阻率和载流子浓度。

通过实验结果的比较和分析，可以加深对霍尔效应的理解，并验证霍尔效应的相关理论。

实验部分：1. 实验仪器本实验使用的主要仪器是霍尔效应仪，包括霍尔电压计和外磁场控制器。

还需要一个铜片样品和一个恒流源。

2. 实验步骤(1) 将铜片固定在霍尔效应仪中心的样品夹具上，并连接外部电源。

(2) 调节外磁场控制器，控制外磁场强度在0到1.5 T之间变化，记录各个磁场强度下铜片的霍尔电压值。

(3) 固定外磁场强度，在不同电流强度下测量铜片的电阻，并计算出电阻率。

(4) 通过公式计算铜片的载流子浓度。

3. 实验数据处理(1) 数据记录通过调节外磁场控制器，在0到1.5 T范围内变化磁场强度的大小，测量铜片的霍尔电压值，记录数据如下表所示：表1 铜片霍尔电压数据记录| 磁场强度 (T) | 霍尔电压 (mV) || ---- | ---- || 0 | 0 || 0.1 | 0.03 || 0.2 | 0.06 || 0.3 | 0.1 || 0.4 | 0.13 || 0.5 | 0.16 || 0.6 | 0.19 || 0.7 | 0.22 || 0.8 | 0.24 || 0.9 | 0.27 || 1.0 | 0.3 || 1.1 | 0.32 || 1.2 | 0.35 || 1.3 | 0.38 || 1.4 | 0.41 || 1.5 | 0.44 |(2) 数据分析根据实验数据，可以画出霍尔电压与磁场强度的曲线图如下：从图中可以看出，随着磁场强度的增加，霍尔电压也随之增加，并且霍尔电压值与磁场强度之间近似呈线性关系。

霍尔效应实验报告霍尔效应实验报告1实验内容:1.保持不变，使Im从0.50到4.50变化测量VH.可以通过改变I和磁场B的方向消除负效应。

在规定电流和磁场正反方向后，分别测量以下四组不同方向的I和B组合的VH,即+B，+IVH=V1—B，+VH=-V2—B，—IVH=V3+B，-IVH=-V4VH=(|V1|+|V2|+|V3|+|V4|)/40.501.601.003.201.504.792.006.902.507.983.009.553.5011.174.0012.734.5014.34画出线形拟合直线图：ParameterValueError------------------------------------------------------------A0.115560.13364B3.165330.0475------------------------------------------------------------RDNP------------------------------------------------------------0.999210.183959<0.00012.保持I=4.5mA,测量Im—Vh关系VH=(|V1|+|V2|+|V3|+|V4|)/40.0501.600.1003.200.1504.790.2006.900.2507.980.3009.550.35011.060.40012.690.45014.31ParameterValueError------------------------------------------------------------A0.133890.13855B31.50.49241------------------------------------------------------------RDNP------------------------------------------------------------0.999150.190719<0.0001根本满足线性要求。

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)。

仿真实验------霍尔效应实验人：代梦妮一、实验目的：（1）霍尔效应原理及霍尔元件有关参数的含义和作用（2）测绘霍尔元件的V H —Is ，V H —I M 曲线，了解霍尔电势差V H 与霍尔元件工作电流Is ，磁场应强度B 及励磁电流I M 之间的关系。

（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“对称交换测量法”消除负效应产生的系统误差。

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。

如下图(1)所示，磁场B位于Z 的正向，与之垂直的半导体薄片上沿X 正向通以电流Is （称为工作电流），假设载流子为电子（N 型半导体材料），它沿着与电流Is 相反的X 负向运动。

由于洛仑兹力f L作用，电子即向图中虚线箭头所指的位于y 轴负方向的B 侧偏转，并使B 侧形成电子积累，而相对的A 侧形成正电荷积累。

与此同时运动的电子还受到由于两种积累的异种电荷形成的反向电场力 f E 的作用。

随着电荷积累的增加，f E 增大，当两力大小相等（方向相反）时， f L =－f E ，则电子积累便达到动态平衡。

这时在A 、B 两端面之间建立的电场称为霍尔电场E H ，相应的电势差称为霍尔电势V H 。

设电子按平均速度V ，向图示的X 负方向运动，在磁场B 作用下，所受洛仑兹力为：f L =－e V B式中：e 为电子电量，V 为电子漂移平均速度，B 为磁感应强度。

同时，电场作用于电子的力为： f E H H eV eE -=-=l图(1) 霍尔效应原理式中：E H 为霍尔电场强度，V H 为霍尔电势，l 为霍尔元件宽度当达到动态平衡时:f L =－f EV B=V H /l (1)设霍尔元件宽度为l ，厚度为d ，载流子浓度为 n ，则霍尔元件的工作电流为 ld V ne Is = (2)由(1)、(2)两式可得：d IsB R d IsB ne l E V H H H ===1 (3)即霍尔电压V H (A 、B 间电压)与Is 、B 的乘积成正比，与霍尔元件的厚度成反比，比例系数)/(1ne R H =称为霍尔系数，它是反映材料霍尔效应强弱的重要参数，只要测出HV （伏），以及s I （安），B （高斯）和d （厘米）可按下式计算H R （厘米3/库仑）。

霍尔效应实验报告结果分析霍尔效应实验报告结果分析引言：霍尔效应是指当电流通过一块导体时，如果该导体处于磁场中，那么在导体两侧会产生一种电势差，这种现象被称为霍尔效应。

霍尔效应的研究对于理解材料的电学性质以及应用于传感器、电子器件等方面具有重要意义。

本文将对进行的霍尔效应实验的结果进行分析，并探讨其背后的物理原理。

实验设计：本次实验的目的是通过测量霍尔效应来研究导体的电学性质。

实验中使用了一块导电材料，将其置于垂直于电流方向的磁场中，并通过电流和电压的测量来获得霍尔系数和载流子浓度等参数。

实验结果：通过实验测量，我们得到了导体中电流、电压和磁场的关系数据。

根据这些数据，我们可以计算出霍尔系数和载流子浓度等参数。

1. 霍尔系数分析：霍尔系数是描述导体霍尔效应的一个重要参数，它反映了导体中电荷运动的特性。

通过实验测量的数据，我们可以利用公式计算出霍尔系数。

霍尔系数的大小与导体材料的特性有关，不同的材料具有不同的霍尔系数。

通过实验测量得到的霍尔系数可以用于判断导体的类型，如正负电荷载流子的性质。

2. 载流子浓度分析：载流子浓度是指单位体积或单位面积内的载流子数量。

通过实验测量得到的电流和电压数据，我们可以利用霍尔系数和已知的电流值计算出载流子浓度。

载流子浓度的大小与导体中的杂质、温度等因素有关。

通过测量载流子浓度，我们可以了解导体的纯度以及其电学性质。

3. 磁场强度分析：在实验中，我们通过改变磁场的强度来研究霍尔效应。

通过测量不同磁场强度下的电压值，我们可以得到电压与磁场强度的关系曲线。

通过分析这个曲线，我们可以了解磁场对电流和电压的影响，进而研究导体的电学性质。

结论：通过对实验结果的分析，我们可以得出以下结论：1. 霍尔系数可以用于判断导体的类型和载流子的性质。

2. 载流子浓度可以反映导体的纯度和电学性质。

3. 磁场强度对电流和电压有一定的影响，可以通过实验测量来研究导体的电学性质。

这些结论对于理解材料的电学性质以及应用于传感器、电子器件等方面具有重要意义。

实验报告霍尔效应一、实验目的1、了解霍尔效应的基本原理。

2、掌握用霍尔效应法测量磁场的原理和方法。

3、学会使用霍尔效应实验仪器，测量霍尔电压、电流等物理量。

二、实验原理1、霍尔效应将一块半导体薄片置于磁场中，当在薄片的纵向通以电流时，在薄片的横向两侧会产生一个电位差，这种现象称为霍尔效应。

这个电位差称为霍尔电压，用＄U_H$ 表示。

霍尔电压的产生是由于运动的载流子在磁场中受到洛伦兹力的作用而发生偏转，在薄片的两侧积累了正负电荷，从而形成了电场。

当电场力与洛伦兹力达到平衡时，电荷的积累停止，霍尔电压达到稳定值。

2、霍尔电压的计算设半导体薄片的厚度为＄d$，载流子的浓度为＄n$，电流为＄I$，磁感应强度为＄B$，则霍尔电压＄U_H$ 可以表示为：＼U_H ＝＼frac{1}｛nq}IBd\其中，＄q$ 为载流子的电荷量。

3、测量磁场如果已知半导体薄片的参数（如载流子浓度＄n$、薄片厚度＄d$）以及通过的电流＄I$，测量出霍尔电压＄U_H$，就可以计算出磁感应强度＄B$：＼B ＝＼frac{nqdU_H}｛I}＼三、实验仪器1、霍尔效应实验仪，包括霍尔元件、电磁铁、电源、电压表、电流表等。

2、特斯拉计，用于测量磁场强度。

四、实验步骤1、连接实验仪器按照实验电路图连接好霍尔效应实验仪的各个部分，确保连接正确无误。

2、调整磁场打开电磁铁电源，逐渐增加电流，使磁场强度逐渐增大。

使用特斯拉计测量磁场强度，并记录下来。

3、测量霍尔电压（1）保持磁场强度不变，改变通过霍尔元件的电流＄I$，分别测量不同电流下的霍尔电压＄U_H$，记录数据。

（2）保持电流＄I$ 不变，改变磁场强度，测量不同磁场强度下的霍尔电压＄U_H$，记录数据。

4、数据处理（1）根据测量的数据，绘制霍尔电压＄U_H$ 与电流＄I$ 的关系曲线。

（2）绘制霍尔电压＄U_H$ 与磁场强度＄B$ 的关系曲线。

（3）根据实验原理中的公式，计算出半导体薄片的载流子浓度＄n$ 和薄片厚度＄d$。

霍尔效应实验报告霍尔效应实验⼀、实验⽬的1．霍尔效应原理及霍尔元件有关参数的含义和作⽤2．测绘霍尔元件的VH —Is，VH—I M曲线，了解霍尔电势差VH与霍尔元件⼯作电流Is，磁场应强度B及励磁电流IM之间的关系。

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“对称交换测量法”消除负效应产⽣的系统误差。

⼆、实验仪器霍尔效应实验仪和测试仪三、实验原理运动的带电粒⼦在磁场中受洛仑兹⼒的作⽤⽽引起偏转，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（霍尔电场），这就是霍尔效应的本质。

由于产⽣霍尔效应的同时，伴随多种副效应，以致实测的霍尔电场间电压不等于真实的VH值，因此必需设法消除。

根据副效应产⽣的机理，采⽤电流和磁场换向的对称测量法基本上能把副效应的影响从测量结果中消除。

具体的做法是Is和B（即I M）的⼤⼩不变，并在设定电流和磁场的正反⽅向后，依次测量由下⾯四组不同⽅向的Is和B（即I M）时的V1，V2，V3，V4，1）+I s+B V12）+I s-B V23）-I s-B V34）-I s+B V4然后求它们的代数平均值，可得：44 32 1V VVVVH-+-=通过对称测量法求得的VH误差很⼩。

四、实验步骤1.测量霍尔电压VH与⼯作电流Is的关系1）先将Is，I M都调零，调节中间的霍尔电压表，使其显⽰为0mV。

2）将霍尔元件移⾄线圈中⼼，调节IM =0.45A，按表中所⽰进⾏调节，测量当I M正(反)向时, I S正向和反向时的V H值填⼊表1，做出VH -IS曲线。

表1 VH-IS 关系测量表 IM =0.45A2．测量霍尔电压V H与励磁电流I M的关系1）先将Is调节⾄4.50mA。

2）调节励磁电流I M如表2，分别测量霍尔电压V H值填⼊表2中。

3）根据表2中所测得的数据，绘出I M—V H曲线表2 V H—I M关系测量表I S =4.50mA五、实验结论1、当霍尔电压保持恒定，改变励磁电流时，测量得到的霍尔电压随励磁电流的增加⽽增加，通过作图发现⼆者之间也满⾜线性关系。

霍尔效应的实验报告霍尔效应的实验报告引言：霍尔效应是一种基于磁场和电流之间相互作用的物理现象。

它在电子学和材料科学中具有广泛的应用。

为了更好地理解和研究霍尔效应，我们进行了一系列实验，并在本报告中对实验过程和结果进行详细描述和分析。

实验目的：1. 通过实验观察霍尔效应并验证霍尔电压与电流、磁场之间的关系；2. 测量样品的霍尔系数，并分析其与材料性质的关联。

实验仪器和材料：1. 霍尔效应实验装置：包括霍尔元件、电源、电流表、电压表、磁铁等；2. 磁场强度计：用于测量磁场的强度；3. 多用表：用于测量电流和电压。

实验步骤：1. 连接实验装置：将霍尔元件与电源、电流表和电压表连接起来，确保电路连接正确；2. 施加电流：通过电源调节电流大小，并记录电流值；3. 施加磁场：在霍尔元件附近放置磁铁，调节磁铁位置和方向，使得磁场垂直于电流方向；4. 测量霍尔电压：使用多用表测量霍尔电压，并记录数据；5. 改变电流和磁场：重复步骤2-4，改变电流大小和磁场方向，记录相应的数据；6. 计算霍尔系数：根据实验数据计算霍尔系数，并进行分析。

实验结果：通过实验我们得到了一组数据，其中包括不同电流下的霍尔电压和磁场强度。

我们将这些数据整理并进行分析。

首先，我们绘制了霍尔电压与电流之间的关系曲线。

结果显示，霍尔电压与电流成正比，即霍尔电压随电流的增大而增大。

这与霍尔效应的基本原理相符。

其次，我们研究了霍尔电压与磁场强度之间的关系。

实验结果表明，霍尔电压与磁场强度成正比，即霍尔电压随磁场强度的增大而增大。

这也符合霍尔效应的基本规律。

最后，我们计算了样品的霍尔系数。

霍尔系数是描述材料特性的重要参数，它与材料的导电性和载流子浓度有关。

通过实验数据的分析，我们得到了样品的霍尔系数，并与已知的材料特性进行对比。

结果显示，实验测得的霍尔系数与理论值较为接近，验证了实验的准确性。

讨论与结论：通过本次实验，我们成功观察到了霍尔效应，并验证了霍尔电压与电流、磁场之间的关系。

霍尔效应及霍尔元件基本参数的测量一、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及其副效应的产生和消除。

2.掌握常温情况下测量霍尔系数的方法。

3.判断样品的导电类型，计算霍尔系数、载流子浓度、电导率、霍尔迁移率。

4.用霍尔元件测量铁电磁铁气隙中磁感应强度B沿X方向的分布曲线及电磁铁的励磁曲线。

二、实验原理1.霍尔效应和霍尔系数图1霍尔效应示意图如图1所示，在半导体的x方向有均匀的电流I x通过，同时在z方向上加有磁场B z，那么在这块半导体的y方向会出现一个横向电势差U H，这种现象叫做“霍尔效应”，U H称为“霍尔电压”，对应的y轴的电场称为“霍尔电场”。

半导体的长、宽、高分别为L、a、b，p（n）型半导体的载流子为空穴（电子），在沿x方向电场的作用下，以平均漂移速度v x运动，形成电流I x，由于在z轴方向有磁场B z，载流子受到洛伦兹力的作用F q v B⋅⨯=()P型半导体中空穴带正电，由右手定则可知：受到的洛伦兹力沿着y轴负向，那么空穴向着y轴负向运动，在y轴方向形成沿着y轴正向的电场—霍尔电场，当该电场对空穴的作用力qE y与洛伦兹力F达到平衡时，空穴不再沿着y轴偏离，达到稳态，只有沿着x方向的电流。

同理，n型半导体中电子带负电，电子的速度方向为x轴负向，电荷为-q，那么根据右手定则可知：受到的洛伦兹力沿着y轴负向，那么电子向着y轴负向运动，在y 轴方向形成沿着y 轴负向的电场—霍尔电场，当该电场对电子的作用力qE y 与洛伦兹力F 达到平衡时，电子不再沿着y 轴偏离，达到稳态，只有沿着x 方向的电流。

因此，在给定电流方向以及外加磁场方向时，根据霍尔电场的方向便可以判断半导体是n 型还是p 型。

下面推导霍尔系数的表达式。

在稳态下，载流子受到的电场力与洛伦兹力达到平衡，即为Hx z H U qv B E q q a==，H H x z E R J B =（其中R H 即为霍尔系数） 而根据半导体中电流公式：x x x I nqv S nqv ab ==可知：H H x zU bR I B =（3/m C ） （1） 2. 霍尔效应中的副效应及消除办法在霍尔系数的测量中，会伴随一些热磁副效应、电极不对称等因素引起的附加电压叠加在霍尔电压上，主要有爱廷豪森效应、能斯脱效应、里纪—勒杜克效应、电极位置不对称、温度梯度存在等副效应。

仿真实验（霍尔效应）------霍尔效应1目的：（1）霍尔效应原理及霍尔元件有关参数的含义和作用）霍尔效应原理及霍尔元件有关参数的含义和作用（2）测绘霍尔元件的V H —Is Is，，V H —I M 曲线，了解霍尔电势差V H 与霍尔元件工作电流Is Is，磁场应强度，磁场应强度B 及励磁电流I M 之间的关系。

之间的关系。

（3）学习利用霍尔效应测量磁感应强度B 及磁场分布。

及磁场分布。

（4）学习用“对称交换测量法”消除负效应产生的系统误差。

）学习用“对称交换测量法”消除负效应产生的系统误差。

2简单的实验报告简单的实验报告 数据分析数据分析（1）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的作用而引起的偏转。

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。

如下图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。

如下图(1)(1)(1)所示，磁场所示，磁场B 位于Z 的正向，与之垂直的半导体薄片上沿X 正向通以电流Is Is（称为工作电流），假设（称为工作电流），假设载流子为电子（载流子为电子（N N 型半导体材料），它沿着与电流Is 相反的X 负向运动。

由于洛仑兹力fL作用，电子即向图中虚线箭头所指的位于y 轴负方向的B 侧偏转，并使B 侧形成电子积累，而相对的A 侧形成正电荷积累。

与此同时运动的电子还受到由于两种积累的异种电荷形成的反向电场力形成的反向电场力 f E 的作用。

随着电荷积累的增加，f E 增大，当两力大小相等（方向相反）时，相反）时， f L =－f E ，则电子积累便达到动态平衡。

这时在A 、B 两端面之间建立的电场称为霍尔电场E H ，相应的电势差称为霍尔电势V H 。

设电子按平均速度V ，向图示的X 负方向运动，在磁场B 作用下，所受洛仑兹力为：作用下，所受洛仑兹力为：f L =－e V B式中：式中：e e e 为电子电量，为电子电量，V 为电子漂移平均速度，为电子漂移平均速度，B B 为磁感应强度。

实验三霍尔效应法测量半导体的载流子浓度、电导率和迁移率一、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。

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，假设在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：其中e 为载流子〔电子〕电量，V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。

无论载流子是正电荷还是负电荷，Fg 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VH，形成相应的附加电场E—霍尔电场，相应的电压VH 称为霍尔电压，电极A、A´称为霍尔电极。

电场的指向取决于试样的导电类型。

N 型半导体的多数载流子为电子，P 型半导体的多数载流子为空穴。

对N 型试样，霍尔电场逆Y 方向，P 型试样则沿Y 方向，有显然，该电场是阻止载流子继续向侧面偏移，试样中载流子将受一个与Fg方向相反的横向电场力：其中EH 为霍尔电场强度。

FE 随电荷积累增多而增大，当到达稳恒状态时，两个力平衡，即载流子所受的横向电场力e EH 与洛仑兹力eVB相等，样品两侧电荷的积累就到达平衡，故有设试样的宽度为b，厚度为d，载流子浓度为n，则电流强度V Is 与的关系为由〔3〕、〔4〕两式可得即霍尔电压VH〔A、A´电极之间的电压〕与IsB 乘积成正比与试样厚度d成反比。

比例系数称为霍尔系数，它是反映材料霍尔效应强弱的重要参数。

实验报告霍尔效应【实验目的】（1）了解霍尔效应的原理以及霍尔元件有关参数的含义和作用；（2）测绘霍尔元件的UH-IS，UH-IM曲线，了解霍尔电压UH与霍尔元件工作电流IS、励磁电流IM之间的关系。

（3）学习利用霍尔效应测量电磁铁气隙中的磁感应强度B及其分布。

（4）学习用“对称交换法”消除副效应产生的系统误差。

【实验原理】1. 霍尔效应把通有电流的导体置于磁场B中，磁场B垂直于样品工作电流IS方向，则在导体中垂直于B 和IS 的方向上出现一个横向电位差UH，这个现象称为霍尔效应。

霍尔效应是由于而洛仑兹力产生。

理论证明R H称为霍尔电阻。

K H称为霍尔元件的灵敏度，单位为 mV /(mA·T) 。

2. 用霍尔效应法测量电磁铁的磁场用半导体材料构成霍尔片作为传感元件，把磁信号转换成电信号，测出磁场中各点的磁感应强度，能测量交、直流磁场。

VAA－1电压测量双路恒流电源提供实验装置电源I m、I S 和显示霍尔电压的数值V H。

若霍尔器件的载流子为电子则4点电位高于2点电位；若载流子为空穴则4点电位低于2点的电位，如果知道载流子类型则可以根据UH的正负定出待测磁场的方向。

由于霍尔效应建立电场所需时间很短（约10-12～10-14s），因此通过霍尔元件的电流用直流或交流都可以，若霍尔电流I S为交流I S= I0sinωt，则V H= K H I S B =K H B I0sin w t所得的霍尔电压也是交变的，在使用交流电情况下，直流公式仍可使用，只是式中的I S和V H 应理解为有效值。

3.消除霍尔元件副效应的影响副效应包括热磁效应和不等位电势差等，通常与电流和磁场方向有关。

可采用切换开关进行双向测量削弱其影响，处理的方法是：当I H 正向、B 正向时测得U1；当I H负向、B 正向时测得U2；当I H负向、B 负向时测得U3；当I H正向、B 负向时测得U4 。

V H = (∣U1∣+∣U2∣+∣U3∣+∣U4∣ )/4【实验内容】1，保持I m不变，测绘V H- I S曲线;注意用“对称交换法”消除系统误差，将数据填入下表。

曲阜师范大学实验报告实验日期：2020.5.23 实验时间：8：30-12：00姓名：方小柒学号：**********实验题目：霍尔效应一、实验目的：本实验的目的是通过用霍尔元件测量磁场，判断霍尔元件载流子类型，计算载流子的浓度和迁移速度，以及了解霍尔效应测试中的各种负效应及消除方法。

二、实验仪器：QS-H霍尔效应组合仪，小磁针，测试仪。

霍尔效应组合仪包括电磁铁，霍尔样品和样品架，换向开关和接线柱。

用它来测量霍尔效应中霍尔电压、样品的不等位电势等参数。

它由励磁恒流源、数字电流表、数字毫伏表、样品工作恒流源等构成。

由于测试仪上的励磁电流、样品工作电流调节器为两个多圈电位器，容易损坏，在实验过程中调节时应不要太快，旋到尽头时忌继续用力，否则会造成仪器的损坏。

三、实验内容：将测试仪上输出，输出和输入三对接线柱分别与实验台上对应接线柱连接。

打开测试仪电源开关，预热数分钟后开始实验。

1.保持不变，取＝0.450A，取0.50,1.00……,4.50mA，测绘-曲线，计算。

2.保持不变，取＝4.50mA，取0.050,0.100……,0.450A，测绘-曲线。

3.在零磁场下，取=0.1mA，，测。

4.确定样品导电类型，并求载流子浓度n ,迁移率,电导率（1/Ω·cm）。

电子的迁移率，表示每秒钟每伏特电压下电子的运动范围大小。

用来描述载流子在电场下运动的难易程度，其定义是：在弱电场作用下，载流子平均漂移速率与电场强度的比值。

它的量纲是速度除以电场强度，常用的单位是。

四、实验原理：1.通过霍尔效应测量磁场霍尔效应装置如图1和图2所示。

将一个半导体薄片放在垂直于它的磁场中(B的方向沿z轴方向)，当沿y方向的电极、上施加电流I时，薄片内定的作用。

向移动的载流子(设平均速率为u)受到洛伦兹力FB(1)图1 实验装置图（霍尔元件部分）图2 电磁铁气隙中的磁场的方向均沿着x方向，在洛伦兹力的无论载流子是负电荷还是正电荷，FB作用下，载流子发生偏移，产生电荷积累，从而在薄片、两侧产生一个电位差,,形成一个电场E。

霍尔效应实验报告(DOC)与此同时运动的电子还受到由于两种积累的异种电荷形成的反向电场力 fE的作用。

随着电荷积累量的增加，fE增大，当两力大小相等（方向相反）时， fL=- fE，则电子积累便达到动态平衡。

这时在 A、B两端面之间建立的电场称为霍尔电场 Eh，相应的电势差称为霍尔电压 Vh。

设电子按均一速度 V向图示的负方向运动，在磁场 B作用下，所受洛伦兹力为fL =- eV B式中e为电子电量，V为电子漂移平均速度，B为磁感应强度。

同时，电场作用于电子的力为fE eEH eVH八式中Eh为霍尔电场强度， Vh为霍尔电压，I为霍尔元件宽度当达到动态平衡时， fL fE VB VH /l （1）设霍尔元件宽度为I，厚度为d,载流子浓度为n,则霍尔元件的控制（工作）电流为I s neVId （ 2）即霍尔电压V即霍尔电压Vh （A、B间电压）与Is、B的乘积成正比，与霍尔元件的厚度成反比，比由（1） , （2）两式可得Vh EhI1 lsB RhIsb(3)ne d d1例系数Rh 称为霍尔系数，它是反映材料霍尔效应强弱的重要参数，根据材料的电导ne率b =ne 的关系，还可以得到：TOC \o “1-5” \h \z Rh / （4）式中为材料的电阻率、□为载流子的迁移率，即单位电场下载流子的运动速度，般电子迁移率大于空穴迁移率，因此制作霍尔元件时大多采用 N型半导体材料。

当霍尔元件的材料和厚度确定时，设 Kh Rh /d 1/ned （5）将式（5）代入式（3）中得 VH KHIsB （6）式中Kh称为元件的灵敏度，它表示霍尔元件在单位磁感应强度和单位控制电流下的霍尔电势大小，其单位是［mV/mA T］，一般要求KH愈大愈好。

若需测量霍尔元件中载流子迁移率卩,则有V V LEi Vi将⑵式、（5）式、（7）式联立求得1 L IsKh （8）l Vi其中V为垂直于I S方向的霍尔元件两侧面之间的电势差，El为由V产生的电场强度，L、l分别为霍尔元件长度和宽度。