大学物理实验之霍尔效应及其应用

霍尔效应及其应用实验报告一、实验目的。

本实验旨在通过实验观察和数据分析，探究霍尔效应的基本原理及其在实际应用中的意义和作用。

二、实验原理。

霍尔效应是指当导电体中有电流通过时，放置在导电体中的磁场中，会在导电体的横向产生电动势。

这一现象被称为霍尔效应，其数学表达式为E=KBI，其中E为霍尔电动势，K为霍尔系数，B为磁感应强度，I为电流。

三、实验仪器和材料。

1. 霍尔元件。

2. 恒定电流源。

3. 磁场调节装置。

4. 数字示波器。

5. 电源。

6. 万用表。

7. 磁铁。

8. 直流电流表。

9. 直尺。

10. 实验导线。

11. 笔记本电脑。

四、实验步骤。

1. 将霍尔元件固定在实验台上，并连接好电路。

2. 通过磁场调节装置，调整磁场的强度和方向。

3. 通过数字示波器和万用表，测量霍尔元件在不同磁场下的霍尔电动势和电流。

4. 记录实验数据，并进行数据分析和处理。

5. 根据实验数据，探究霍尔效应的规律，并分析其在实际应用中的意义和作用。

五、实验结果与分析。

通过实验数据的测量和分析，我们发现在不同磁场下，霍尔电动势与电流呈线性关系，且霍尔电动势的大小与磁场的强度和电流的大小均有关。

这一结论与霍尔效应的基本原理相吻合。

六、实验应用。

霍尔效应在实际应用中有着广泛的意义和作用。

例如在传感器领域，霍尔元件可以用来测量电流、磁场和速度，广泛应用于汽车、航空航天、电子设备等领域。

另外，霍尔元件还可以用于磁场测量、磁场探测和磁场传感等方面，具有很高的实用价值。

七、实验总结。

通过本次实验，我们深入了解了霍尔效应的基本原理和实际应用，通过实验数据的测量和分析，验证了霍尔效应的存在，并探究了其在实际应用中的意义和作用。

同时也加深了我们对电磁学知识的理解和掌握。

八、实验心得。

通过本次实验，我对霍尔效应有了更深入的了解，实验过程中也锻炼了我的实验操作能力和数据处理能力，使我对电磁学知识有了更加直观和深刻的认识。

以上就是本次实验的全部内容，希望能对大家有所帮助。

大学物理实验报告霍尔效应一、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、曲线，了解霍尔电压与霍尔元件工作电流、直螺线管的励磁电流间的关系；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，在z 方向加磁场，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，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时电荷不断聚积，电场不断加强，直到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)。

设为霍尔电场，是载流子在电流方向上的平均漂移速度；样品的宽度为，厚度为，载流子浓度为，则有：(1-1) 因为，，又根据，则(1-2)其中称为霍尔系数，是反映材料霍尔效应强弱的重要参数。

只要测出、以及知道和，可按下式计算：(1-3)(1-4)为霍尔元件灵敏度。

根据RH 可进一步确定以下参数。

(1)由的符号(霍尔电压的正负)判断样品的导电类型。

判别的方法是按图1 所示的和的方向(即测量中的+，+)，若测得的 <0(即A′的电位低于A 的电位)，则样品属N 型，反之为P 型。

(2)由求载流子浓度，即。

应该指出，这个关系式是假定所有载流子都具有相同的漂移速度得到的。

严格一点，考虑载流子的速度统计分布，需引入的修正因子(可参阅黄昆、谢希德著《半导体物理学》)。

(3)结合电导率的测量，求载流子的迁移率。

【⼤学物理实验】霍尔效应与应⽤讲义霍尔效应与应⽤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。

霍尔效应原理及其应用实验报告霍尔效应是指在导电材料中，当有电流通过时，垂直于电流方向的磁场会产生一种电压差，这种现象被称为霍尔效应。

霍尔效应的发现者是美国物理学家爱德温·霍尔，他在1879年首次观察到了这一现象。

霍尔效应在现代科技中有着广泛的应用，尤其在传感器、电子设备和测量仪器中起着重要作用。

霍尔效应的原理非常简单，当导电材料中有电流通过时，电子会受到磁场的作用而产生偏转，这会导致材料的一侧产生正电荷，另一侧产生负电荷，从而形成电压差。

这个电压差被称为霍尔电压，它与电流、磁场强度和材料本身的特性有关。

为了更直观地理解霍尔效应，我们进行了一系列的实验。

首先，我们准备了一块导电材料，如硅片或镁锂铝合金片。

然后我们在材料上施加一定大小的电流，并在材料的一侧放置一块磁铁，产生垂直于电流方向的磁场。

接下来，我们使用电压表测量材料两侧的电压差，通过改变电流大小和磁场强度，我们记录了一系列数据，并进行了分析。

实验结果表明，霍尔电压与电流成正比，与磁场强度成正比，与材料本身的特性有关。

我们还发现，当改变磁场方向时，霍尔电压的极性也会发生变化。

这些实验结果验证了霍尔效应的基本原理，也为我们进一步应用霍尔效应提供了重要的参考。

在实际应用中，霍尔效应被广泛用于传感器和测量仪器中。

例如，霍尔传感器可以用来检测电流、磁场和位置，它具有灵敏度高、响应速度快、耐用等优点，因此在汽车、电子设备、工业自动化等领域得到了广泛应用。

另外，霍尔元件还可以用于制造霍尔开关、霍尔电流计等设备，为工程技术提供了重要支持。

总之，霍尔效应是一种重要的物理现象，它不仅有着深刻的理论意义，还有着广泛的应用前景。

通过实验我们对霍尔效应有了更深入的了解，相信在未来的科研和工程实践中，霍尔效应会发挥越来越重要的作用。

霍尔效应及其应用实验报告摘要：霍尔效应是指当电流通过垂直于电场和磁场的导体时，会产生一种垂直于电流流向和磁场方向的电势差，这种现象称为霍尔效应。

本实验通过测量霍尔电势差和电流的关系，验证了霍尔效应的存在，并研究了其在磁通密度和电流变化下的性质。

最后，通过实验结果的分析，探讨了霍尔效应在实际应用中的潜力。

关键词：霍尔效应、霍尔电势差、磁通密度、导体、应用引言：霍尔效应是19世纪中叶由美国物理学家爱德华·霍尔首先发现的一种电磁现象。

霍尔效应不仅可以用于测量磁场的强度，还可以用于测量导体材料的电导率和载流子浓度。

因此，它在电子学领域有着广泛的应用。

实验目的：1.验证霍尔效应的存在。

2.研究霍尔电势差和电流的关系。

3.了解霍尔效应在磁通密度和电流变化下的性质。

4.探讨霍尔效应在实际应用中的潜力。

实验仪器和材料：1.霍尔效应实验装置（包括霍尔探头、恒流电源、磁铁等）。

2.电流表和电压表。

3.导线、电池等。

实验原理和步骤：1.实验原理：当电流通过垂直于电场和磁场的导体时，会产生一种垂直于电流流向和磁场方向的电势差，这种现象称为霍尔效应。

霍尔电势差与电流和磁通密度成正比。

2.实验步骤：(1)将霍尔探头连接到实验装置上，并调节磁铁的位置，使得磁场垂直于电流和导线。

(2)打开电源，设定一定的电流强度，并测量电压和电流的值。

(3)调整磁铁的位置，记录不同磁通密度下的电压和电流值。

(4)分析实验结果，得出霍尔电势差与电流和磁通密度的关系。

实验结果与分析：1.实验数据记录表：（略）2.实验结果分析：通过实验数据的分析，可以得出霍尔电势差与电流和磁通密度成正比的关系。

并且，在一定范围内，电流越大，霍尔电势差越大。

当磁通密度增加时，霍尔电势差也会随之增加。

实验结论：1.实验验证了霍尔效应的存在，证明了电流通过垂直于电场和磁场的导体时会产生霍尔电势差的现象。

2.实验结果表明，霍尔电势差与电流和磁通密度成正比。

3.霍尔效应具有测量磁场强度、导体电导率和载流子浓度等应用价值。

东南大学物理实验报告姓名学号指导老师日期座位号报告成绩实验名称：霍尔效应的研究及利用霍尔效应测磁场目录预习报告...................................................2~5 实验目的 (2)实验仪器 (2)实验中的主要工作 (2)预习中遇到的问题及思考 (3)实验原始数据记录 (4)实验报告…………………………………………6~12 实验原理………………………………………………………实验步骤………………………………………………………实验数据处理及分析…………………………………………讨论……………………………………………………………预习报告实验目的：1.了解霍尔效应的基本原理以及有关霍尔元件对材料要求的知识。

2.了解霍尔效应及其消除办法。

3.确定试样的导电类型，载流子浓度以及迁移率。

4.利用霍尔效应测量磁场，并研究载流线圈组的磁场分布。

实验仪器（包括仪器型号）：实验中的主要工作：1.霍尔效应的研究：（1）、测量霍尔元件的灵敏度；（2）、测量半导体材料的电导率；（3）、确定所用霍尔元件的电导类型，计算霍尔系数R，载H流子浓度n及载流子迁移率 。

2.利用霍尔效应测磁场：（1）、根据仪器的使用方法调整好测磁实验仪；（2）、测定一对共轴线圈轴线上的磁场分布；（3）、测量长直螺线管轴线上的磁场分布。

①取I=10mA和适当的I M，测量螺线管轴线磁场上的分布，做B-X曲线，并分析结果②测定B=CI M中螺线管常数C预习中遇到的问题及思考：1.霍尔效应实验中有哪些副效应？通过什么方法消除它？答：霍尔元件通常为一矩形薄片，由于材料本身的不均匀以及电压输出的对称性，会在电极位置产生不等位电势差，在研究固体的导电性质时还发现一些热电、热磁效应伴随着霍尔效应一起出现，这样实验中从A、A`测得的电压U并不等于真实的霍尔电压，而是包含了由各种副效应引起的虚假电压。

一般来说附加电压的正负与霍尔原件工作电流及磁感应强度B的方向有关，可以采用对称测量法进行修正。

大物霍尔效应实验报告(共8篇)大学物理实验报告系列之霍尔效应大学物理实验报告)篇二：霍尔效应实验报告大学本(专)科实验报告课程名称：姓名：学院：系：专业：年级：学号：指导教师：成绩：年月日（实验报告目录）实验名称一、实验目的和要求二、实验原理三、主要实验仪器四、实验内容及实验数据记录五、实验数据处理与分析六、质疑、建议霍尔效应实验一．实验目的和要求：1、了解霍尔效应原理及测量霍尔元件有关参数.2、测绘霍尔元件的VH?Is，VH?IM曲线了解霍尔电势差VH与霍尔元件控制（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磁感应强度B及磁场分布。

4、判断霍尔元件载流子的类型，并计算其浓度和迁移率。

5、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：1、霍尔效应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，从本质上讲，霍尔效应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。

如右图（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（称为控制电流或工作电流），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。

由于洛伦兹力fL的作用，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。

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

大物实验报告霍尔效应【霍尔效应及其应用】霍尔效应是1879 年美国物理学家霍尔读研究生期间在做研究载流子导体在磁场中受力作用实验时发现的。

阐述了霍尔效应的原理，霍尔元件的特点和分类以及在各个领域中的应用。

霍尔效应霍尔元件应用一、霍尔效应原理霍尔效应是1879 年美国物理学家霍尔读研究生期间在做研究载流子导体在磁场中受力作用实验时发现的。

霍尔效应是载流试样在与之垂直的磁场中由于载流子受洛仑兹力作用发生偏转而在垂直于电流和磁场方向的试样的两个端面上出现等量异号电荷而产生横向电势差UH的现象。

电势差UH称为霍尔电压，EH称为霍尔电场强度。

此时的载流子既受到洛伦兹力作用又受到与洛伦兹力方向相反的霍尔电场力作用，当载流子所受的洛伦兹力与霍尔电场力相等时，霍尔电压保持相对稳定。

二、霍尔元件的特点和分类1.霍尔元件的特点。

霍尔元件的结构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高（可达1MHZ，耐震动，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀，调试方便等。

霍尔元件和永久磁体都能在很宽的温度范围（-40 C〜1 50 C）、很强的振动冲击条件下工作，且磁场不受一般介质的阻隔。

另外它的变换器组件能够和相关的信号处理电路集成到同一片硅片上，体积小，成本低，且具有较好的抗电磁干扰性能。

2.霍尔元件的分类。

按照霍尔元件的结构可分为：一维霍尔元件、二维霍尔元件和三维霍尔元件。

一维霍尔元件又被称为单轴霍尔元件，它的主要参数是灵敏度、工作温度和频率响应。

运用此类器件时，就可将与适当的小磁钢一起运动的物体的位置、位移、速度、角度等信息以电信号的形式传感出来，达到了自动测量与控制的目的。

二维霍尔元件的结构是二维平面，也被称为平面霍尔元件；三维霍尔元件通常被称为非平面霍尔元件。

霍尔元件按功能可分为：线形元件、开关、锁存器和专用传感器。

三、霍尔效应的应用人们在利用霍尔效应原理开发的各种霍尔元件已广泛应用于精密测磁、自动化控制、通信、计算机、航天航空等工业部门及国防领域。

大学物理实验报告霍尔效应霍尔效应是一种基于磁场作用的物理现象，在大学物理实验中经常被用来研究材料的电导性质和载流子的性质。

在本文中，我们将探讨霍尔效应的原理、实验方法以及实验结果的分析。

首先，让我们来了解一下霍尔效应的原理。

霍尔效应是由美国物理学家爱德华·霍尔于1879年发现的，他发现当电流通过一块导体时，如果在导体上施加一个垂直于电流方向的磁场，就会在导体的侧边产生一种电势差。

这个电势差被称为霍尔电压，它与电流、磁场以及导体材料的性质有关。

为了观察和测量霍尔电压，我们需要进行一系列的实验。

首先，我们需要准备一块导体样品，通常是一个长方形的薄片。

然后，在样品的两侧分别接上一个电源，以产生电流。

接下来，我们需要在样品上方放置一个磁场，可以使用一个恒定磁场产生器或者一个电磁铁。

在实验过程中，我们可以通过改变电流和磁场的大小来观察霍尔电压的变化。

在实验中，我们通常使用一个霍尔探头来测量霍尔电压。

霍尔探头由一个细长的导线和一个敏感的电压测量器组成。

将探头放置在导体样品的侧边，使导线与电流方向垂直，并将电压测量器连接到导线的两端。

当磁场施加到样品上时，导线中就会产生霍尔电压。

通过测量电压测量器的读数，我们可以得到霍尔电压的大小。

通过实验测量得到的霍尔电压与电流和磁场的关系可以用下面的公式表示：VH = RHBIL其中，VH是霍尔电压，RH是霍尔系数，B是磁场的大小，I是电流的大小，L是导体样品的长度。

从这个公式可以看出，霍尔电压与电流和磁场成正比，与导体样品的长度成正比。

通过实验测量得到的数据，我们可以绘制出霍尔电压与电流和磁场的关系曲线。

通过分析曲线的斜率，我们可以得到材料的霍尔系数。

霍尔系数是一个描述材料载流子性质的重要参数，它可以告诉我们材料中载流子的类型（正电荷还是负电荷）、密度以及迁移率等信息。

除了测量霍尔电压，我们还可以通过实验测量样品的电阻和磁阻。

通过测量电阻和磁阻的变化，我们可以进一步了解材料的导电性质和载流子的性质。

实验一霍尔效应及其应用【预习思考题】1．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。

霍尔系数，载流子浓度，电导率，迁移率。

2．如已知霍尔样品的工作电流及磁感应强度B的方向，如何判断样品的导电类型？以根据右手螺旋定则，从工作电流旋到磁感应强度B确定的方向为正向，若测得的霍尔电压为正，则样品为P型，反之则为N型。

3．本实验为什么要用3个换向开关？为了在测量时消除一些霍尔效应的副效应的影响，需要在测量时改变工作电流及磁感应强度B的方向，因此就需要2个换向开关；除了测量霍尔电压，还要测量A、C间的电位差，这是两个不同的测量位置，又需要1个换向开关。

总之，一共需要3个换向开关。

【分析讨论题】1．若磁感应强度B和霍尔器件平面不完全正交，按式（5.2-5）测出的霍尔系数比实际值大还是小？要准确测定值应怎样进行？若磁感应强度B和霍尔器件平面不完全正交，则测出的霍尔系数比实际值偏小。

要想准确测定，就需要保证磁感应强度B和霍尔器件平面完全正交，或者设法测量出磁感应强度B和霍尔器件平面的夹角。

2．若已知霍尔器件的性能参数，采用霍尔效应法测量一个未知磁场时，测量误差有哪些来源？误差来源有：测量工作电流的电流表的测量误差，测量霍尔器件厚度d的长度测量仪器的测量误差，测量霍尔电压的电压表的测量误差，磁场方向与霍尔器件平面的夹角影响等。

实验二声速的测量【预习思考题】1. 如何调节和判断测量系统是否处于共振状态？为什么要在系统处于共振的条件下进行声速测定？答：缓慢调节声速测试仪信号源面板上的“信号频率”旋钮，使交流毫伏表指针指示达到最大（或晶体管电压表的示值达到最大），此时系统处于共振状态，显示共振发生的信号指示灯亮，信号源面板上频率显示窗口显示共振频率。

在进行声速测定时需要测定驻波波节的位置，当发射换能器S1处于共振状态时，发射的超声波能量最大。

若在这样一个最佳状态移动S1至每一个波节处，媒质压缩形变最大，则产生的声压最大，接收换能器S2接收到的声压为最大，转变成电信号，晶体管电压表会显示出最大值。

课程名称：大学物理实验（二）实验名称：霍尔效应及其应用二、实验原理2.1霍尔效应1.霍尔效应洛伦兹力：f m=qv×B(1)静电场力：f e=qE=q V Hl(2)I=nqvdl（3）由二力平衡得V H=K H IB=IBnqd =R H Bd(4)其中：V H为霍尔电动势K H为霍尔器件的灵敏度I为工作电流R H=1nq为材料的霍尔系数l为材料的宽度B为所加磁场的磁感应强度n为载流子数密度q为单个载流子的电荷量d为霍尔器件厚度2.样品的导电类型N型：在图2.1条件下，A点高于B点P型：在图2.2条件下，B点高于A点图2.1 霍尔效应原理示意图2.2霍尔器件的输出特性测量1.控制变量法由4式知：（1）控制B不变，研究V H和工作电流I的关系（2）控制工作电流I不变，研究V H和磁感应强度B的关系2.附加电动势电热（爱廷豪森效应）温差（能斯特效应里纪勒杜克效应）不等电位差（零位误差）图2.2 霍尔器件示意图3.对称测量法消除附加电动势，然后通过改变磁场的方向或改变霍尔电流的方向，即分别测量四组不同方向的I S和B组合的VAA’求平均。

V H=V1−V2+V3−V4(5)4例如：能斯特（Nernst）效应引起的V N的方向仅与B 的方向有关。

+I S′+B：V1=V H+V N(6)−I S′+B：V2=−V H+V N(7)V H=V1−V2(8)22.3霍尔器件的应用1.测量螺线管的磁场分布图2.3 测量螺线管磁场分布示意图B=1μnI(cosβ1−cosβ2)(9)2图2.4 螺线管磁场分布图三、实验仪器：3.1霍尔器件输出特性测量仪器图3.1 霍尔器件输出特性测量仪器示意图图3.2 霍尔器件输出特性测量仪器实物图图3.3 霍尔器件输出特性测量仪器实物图3.2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）。

实验二霍尔效应及其应用引言霍耳效应是一种磁电效应。

在匀强磁场中放一金属薄板，使板面与磁场方向垂直，当沿垂直磁场方向给金属板通以电流时，在垂直电流和磁场方向的金属板两侧会产生一附加横向电场。

这一现象是霍耳（Hall, Ａ.Ｈ. 1855-1938）于1879年发现的，因此被称为霍耳效应。

后来发现半导体、导电流体等也有这种现象。

而半导体的霍耳效应比金属强得多。

霍耳效应不仅是测定半导体材料电学参数的主要手段，而且利用霍耳效应原理将半导体制成磁敏器件被广泛应用于非电量测量、自动控制和信息处理等方面。

流体中的霍耳效应已成为研究“磁流发电”的理论基础。

本实验一方面了解霍耳效应产生的原理，一方面学习用霍耳效应测磁场的方法。

原理１）霍耳效应图1 霍尔效应霍耳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。

对于图1所示的半导体试样，若在ｘ方向通以电流I，在ｚ方向加磁场Ｂ，则在ｙ方向即试样A、A′电极两侧就开始聚积异号电荷而产生相S应的附加电场。

电场的指向取决于试样的导电类型。

显然，该电场是阻止载流子继续向侧面eE与洛仑兹力相等时，样品两侧电荷的积累就达到平偏移，当载流子所受的横向电场力H衡，故有：H eE evB =（1）其中：H E 为霍耳电场；v 是载流子在电流方向上的平均漂移速度。

设试样的宽度为ｂ，厚度为ｄ，载流子浓度为ｎ，则S I nevbd =（2）由式（１）和式（２）可得：1S H H H S I BI U E b R n d d===B （3）H U （A 、A ′电极之间的电压）即霍耳电压，1H R ne=称为霍耳系数，是反映材料霍耳效应强弱的重要参数。

只要测出、()B U V ()B T 以及知道()S I A 和，可按下式计算(d cm ))3(/H R m c ：H H S U d R I B=（4）根据H R 可进一步确定以下参数。

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。

3.15 霍尔效应及应用【实验简介】将金属或半导体薄片置于磁场中，若在垂直于磁场方向上通以电流，则在垂直于磁场和电流方向上产生电场，这种效应是1879年美国霍普金斯大学研究生霍尔研究载流导体在磁场中受力时发现了这种电磁现象，因此称为霍尔效应。

霍尔效应不仅存在于金属导体中，同时也存在于半导体和导电流体（如等离子体）中，且半导体的霍尔效应比金属强得多。

霍尔效应在科学实验和工程技术中有着广泛的应用，利用霍尔效应可以测定半导体材料中载流子浓度、迁移率等重要参数，也可以判断半导体材料的导电类型，是研究半导体材料的重要手段；根据霍尔效应制成的传感器已广泛应用于非电量的电测量（磁场、位移、转速等的测量）、自动控制和信息处理等方面；在电流体中的霍尔效应也是目前研究中的“磁流体发电”的理论基础；此外，利用霍尔效应还可以制成磁读头、磁罗盘和单向传递信息的隔离器。

近年来，霍尔效应得到了重要发展，1980年原西德物理学家冯.克利青（K.Von Kliting）在极低温度和极强磁场下发现了量子霍尔效应，目前对量子霍尔效应正在进行深入研究，可以预期霍尔效应的应用范围将会进一步拓展。

【实验目的】1．了解霍尔效应，学习利用霍尔效应测量磁场B的原理和方法。

2．学习用“对称变换测量法”消除伴随霍尔效应产生的副效应。

【预习思考题】1．什么是霍尔效应？如何利用霍尔效应测量磁场？测量时应注意些什么？2．伴随着霍尔效应会产生一些其它副效应，使得测出的霍尔片两端电压并非真正的霍尔电压，为了消除其它效应的影响，实验中如何测量霍尔电压？【实验仪器】ZKY-HS霍尔效应实验仪和测试仪、测量导【实验原理】1．霍尔效应的产生机理及磁场的测量霍尔效应从本质上讲是运动的带电粒子在磁图3.15.1场中受到洛仑兹力作用而引起的。

将霍尔元件垂直置于磁场中，如图3.15.1所示，若在'AA 方向上通以电流S I (称为工作电流)，霍尔元件内定向移动的载流子（以空穴为例）将受到垂直于工作电流和磁场方向的洛伦磁力作用而向D 侧偏转，并使D 侧形成正电荷积累，而相对于'D 侧形成负电荷积累，结果在'DD 方向上形成电场。