当前位置：文档之家 › 霍尔效应实验报告(DOC)

霍尔效应实验报告(DOC)

  • 格式：doc
  • 大小：1.16 MB
  • 文档页数：10

1 / 10 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 2 / 10

（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 3 / 10

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sHIV，MHIV曲线了解霍尔电势差HV与霍尔元件控制（工作）

电流sI、励磁电流MI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sI（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sI相反的X负向运动。 由于洛伦兹力Lf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Ef的作用。随着电荷积累量的增加，Ef增大，当两力大小相等（方向相反）时，Lf=-Ef，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HE，相应的电势差称为霍尔电压HV。 设电子按均一速度V向图示的X负方向运动，在磁场B作用下，所受洛伦兹力为

Lf=-eVB

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 leVeEfHHE/ 式中HE为霍尔电场强度，HV为霍尔电压，l为霍尔元件宽度

zxY

VH

l

dBIS

B

LA

fE

fL

V

图 1 4 / 10

当达到动态平衡时，ELff lVBVH/ （1） 设霍尔元件宽度为l，厚度为d，载流子浓度为n，则霍尔元件的控制（工作）电流为 ldVneIs （2）

由（1），（2）两式可得 dBIRdBInelEVsHsHH1 （3）

即霍尔电压HV（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neRH1称为霍尔系数，它是反映材料霍尔效应强弱的重要参数，根据材料的电导率σ=neμ的关系，还可以得到： /HR （4） 式中为材料的电阻率、μ为载流子的迁移率，即 单位电场下载流子的运动速度，一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neddRKHH/1/ （5） 将式（5）代入式（3）中得 BIKVsHH （6） 式中HK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[TmAmV/]，一般要求HK愈大愈好。 若需测量霍尔元件中载流子迁移率μ,则有

IIVLVEV (7)

将(2)式、(5)式、(7)式联立求得 ISHVIlLK （8） 其中VI为垂直于IS方向的霍尔元件两侧面之间的电势差，EI为由VI产生的电场强度，L、l分别为霍尔元件长度和宽度。 由于金属的电子浓度n很高，所以它的HR或HK都不大，因此不适宜作霍尔元件。此外元件厚度d愈薄，HK愈高，所以制作时，往往采用减少d的办法来增加灵敏度，但不能认为d愈薄愈好，因为此时元件的输入和输出电阻将会增加，这对锗元件是不希望的。 应当注意，当磁感应强度B和元件平面法线成一角度时（如图2），作用在元件上的有效磁场是其法线方向上的分量cosB，此时 cosBIKVsHH

(9)

所以一般在使用时应调整元件两平面方位，使HV达到最大，即θ=0，

HV=BIKBIKsHsHcos

由式（9）可知，当控制（工作）电流sI或磁感应强度B，两者之一改变方向时，霍尔

VHIθ图(2) 5 / 10

电压HV的方向随之改变；若两者方向同时改变，则霍尔电压HV极性不变。 霍尔元件测量磁场的基本电路如图3，将霍尔元件置于待测磁场的相应位置，并使元件平面与磁感应强度B垂直，在其控制端输入恒定的工作电流sI，霍尔元件的霍尔电压输出端接毫伏表，测量霍尔电势HV的值。

三．主要实验仪器： 1、 ZKY-HS霍尔效应实验仪 包括电磁铁、二维移动标尺、三个换向闸刀开关、霍尔元件及引线。 2、 KY-HC霍尔效应测试仪

四．实验内容： 1、研究霍尔效应及霍尔元件特性 ① 测量霍尔元件灵敏度KH，计算载流子浓度n（选做）。 ② 测定霍尔元件的载流子迁移率μ。 ③ 判定霍尔元件半导体类型（P型或N型）或者反推磁感应强度B的方向。 ④ 研究HV与励磁电流MI、工作（控制）电流IS之间的关系。 2、测量电磁铁气隙中磁感应强度B的大小以及分布 ① 测量一定IM条件下电磁铁气隙中心的磁感应强度B的大小。 ② 测量电磁铁气隙中磁感应强度B的分布。

五．实验步骤与实验数据记录： 1、仪器的连接与预热 将测试仪按实验指导说明书提供方法连接好，接通电源。 2、研究霍尔效应与霍尔元件特性 ① 测量霍尔元件灵敏度KH，计算载流子浓度n。（可选做）。 a. 调节励磁电流IM为0.8A，使用特斯拉计测量此时气隙中心磁感应强度B的大小。 b. 移动二维标尺，使霍尔元件处于气隙中心位置。 c. 调节sI=2.00……、10.00mA（数据采集间隔1.00mA），记录对应的霍尔电压VH填入 表（1），描绘IS—VH关系曲线，求得斜率K1(K1=VH/IS)。 d. 据式（6）可求得KH，据式（5）可计算载流子浓度n。 ② 测定霍尔元件的载流子迁移率μ。 a. 调节sI=2.00……、10.00mA（间隔为1.00mA），记录对应的输入电压降VI填入表4，描绘IS—VI关系曲线，求得斜率K2（K2=IS/VI）。 b. 若已知KH、L、l，据（8）式可以求得载流子迁移率μ。

HmvV

H

Is

图(3) 6 / 10 c. 判定霍尔元件半导体类型（P型或N型）或者反推磁感应强度B的方向 ➢ 根据电磁铁线包绕向及励磁电流IM的流向，可以判定气隙中磁感应强度B的方向。 ➢ 根据换向闸刀开关接线以及霍尔测试仪IS输出端引线，可以判定IS在霍尔元件中的流向。 ➢ 根据换向闸刀开关接线以及霍尔测试仪VH输入端引线，可以得出VH的正负与

霍尔片上正负电荷积累的对应关系 d. 由B的方向、IS流向以及VH的正负并结合霍尔片的引脚位置可以判定霍尔元件半导体的类型（P型或N型）。反之，若已知IS流向、VH的正负以及霍尔元件半导体的类型，可以判定磁感应强度B的方向。 ③ 测量霍尔电压HV与励磁电流MI的关系 霍尔元件仍位于气隙中心，调节sI=10.00mA，调节MI=100、200……1000mA（间隔为100mA），分别测量霍尔电压HV值填入表（2），并绘出MI-HV曲线，验证线性关系的范围，分析当MI达到一定值以后，MI-HV直线斜率变化的原因。 3、测量电磁铁气隙中磁感应强度B的大小及分布情况 ① 测量电磁铁气隙中磁感应强度B的大小 a. 调节励磁电流IM为0—1000mA范围内的某一数值。 b. 移动二维标尺，使霍尔元件处于气隙中心位置。 c. 调节sI=2.00……、10.00mA（数据采集间隔1.00mA），记录对应的霍尔电压VH填入表（1），描绘IS—VH关系曲线，求得斜率K1(K1=VH/IS)。 d. 将给定的霍尔灵敏度KH及斜率K1代入式（6）可求得磁感应强度B的大小。 （若实验室配备有特斯拉计，可以实测气隙中心B的大小，与计算的B值比较。） ② 考察气隙中磁感应强度B的分布情况 a. 将霍尔元件置于电磁铁气隙中心，调节MI=1000mA，sI=10.00mA，测量相应的HV。 b. 将霍尔元件从中心向边缘移动每隔5mm选一个点测出相应的HV，填入表3。 c. 由以上所测HV值，由式（6）计算出各点的磁感应强度，并绘出B-X图，显示出气隙内B的分布状态。 为了消除附加电势差引起霍尔电势测量的系统误差，一般按±MI，±sI的四种组合测量求其绝对值的平均值。

合集下载

霍尔效应实验报告(共8篇)

霍尔效应实验报告(共8篇)

篇一：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。

同时，电场作用于电子的力为 fe??eeh??evh/l 式中eh为霍尔电场强度，vh为霍尔电压，l为霍尔元件宽度当达到动态平衡时，fl??fe ?vh/l （1）设霍尔元件宽度为l，厚度为d，载流子浓度为n，则霍尔元件的控制（工作）电流为 is?ne （2）由（1），（2）两式可得 vh?ehl?ib1isbrhs （3）nedd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，比例系数rh?1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σ=neμ的关系，还可以得到：rh??/ （4）式中?为材料的电阻率、μ为载流子的迁移率，即单位电场下载流子的运动速度，一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。

大学物理实验报告霍尔效应

大学物理实验报告霍尔效应

大学物理实验报告霍尔效应一、实验目的1、了解霍尔效应的原理。

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，测量霍尔电压和励磁电流，并计算霍尔系数和载流子浓度。

二、实验原理1、霍尔效应置于磁场中的载流导体，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横向电势差，这种现象称为霍尔效应。

设导体中的载流子为电子，它们以平均速度 v 沿 x 方向定向运动。

在磁场 B 作用下，电子受到洛伦兹力 F ＝ e v × B，其中 e 为电子电荷量。

洛伦兹力使电子向导体一侧偏转，从而在导体两侧产生电荷积累，形成横向电场 E。

当电场力与洛伦兹力达到平衡时，有 e E ＝ e v B，即 E ＝ v B。

此时产生的横向电势差称为霍尔电压 UH ，UH ＝ E b ，其中 b 为导体在磁场方向的宽度。

2、霍尔系数霍尔电压 UH 与电流 I 和磁场 B 以及导体的厚度 d 有关，其关系式为 UH ＝ R H I B ／ d ，其中 R H 称为霍尔系数。

对于一种材料，R H 是一个常数，它反映了材料的霍尔效应的强弱。

3、载流子浓度由 R H 的表达式，可推导出载流子浓度 n ＝ 1 ／（R H e) 。

三、实验仪器霍尔效应实验仪，包括霍尔样品、电磁铁、励磁电源、测量电源、数字电压表等。

四、实验内容与步骤1、连接实验仪器按照实验仪器说明书，将霍尔样品、电磁铁、励磁电源、测量电源和数字电压表正确连接。

2、测量霍尔电压（1）保持励磁电流 IM 不变，改变测量电流 IS 的大小和方向，测量对应的霍尔电压 UH 。

（2）保持测量电流 IS 不变，改变励磁电流 IM 的大小和方向，测量对应的霍尔电压 UH 。

3、绘制曲线根据测量数据，分别绘制 UH IS 和 UH IM 曲线。

4、计算霍尔系数和载流子浓度根据曲线的斜率，计算霍尔系数 R H ，进而计算载流子浓度 n 。

五、实验数据记录与处理1、实验数据记录表格｜ IM （A) ｜ IS （mA) ｜ UH1 （mV) ｜ UH2 （mV) ｜ UH3 （mV) ｜ UH4 （mV) ｜ UH （mV) ｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜ 05 ｜ 10 ｜｜｜｜｜｜｜ 05 ｜ 20 ｜｜｜｜｜｜｜ 05 ｜ 30 ｜｜｜｜｜｜｜ 10 ｜ 10 ｜｜｜｜｜｜｜ 10 ｜ 20 ｜｜｜｜｜｜｜ 10 ｜ 30 ｜｜｜｜｜｜（注：UH1、UH2、UH3、UH4 分别为在不同测量条件下得到的霍尔电压值，UH 为其平均值。

霍尔效应实验报告

霍尔效应实验报告

霍尔效应实验报告引言：霍尔效应是指当电流通过垂直于电流方向的导电体时，会产生横向电势差（Hall voltage）。

通过研究霍尔效应，可以了解材料的电性质，并在磁传感器、霍尔元件等领域得到应用。

本实验旨在通过测量霍尔效应的相关参数，深入了解其原理和特性。

实验材料与仪器：1. 霍尔片：选用精确的霍尔片，并保证其表面电阻低于10 Ω；2. 磁铁：用于产生磁场，保证其磁场均匀且稳定；3. 恒流源：用于提供稳定的电流；4. 毫伏表：用于测量霍尔电压；5. 恒温槽：用于控制实验环境温度。

实验原理：当电流通过霍尔片时，由于霍尔片内产生的洛伦兹力，电子受力方向与电流方向成正交关系，从而形成电子在导电体中的漂移运动。

此过程中，电子受力方向受磁场和电荷载流方向的共同作用。

当磁场、电流和电子漂移方向垂直时，会在导体一侧产生电势差，即霍尔电压。

实验步骤：1. 将霍尔片固定在实验台上，并将磁铁与霍尔片垂直放置；2. 连接恒流源，并设置电流大小；3. 通过毫伏表测量霍尔电压，并记录；4. 重复步骤2和3，改变电流大小，记录相应的霍尔电压；5. 在实验过程中，保持实验环境温度恒定，使用恒温槽进行控制。

实验数据及结果：按照上述步骤进行实验，依次记录不同电流值下的霍尔电压。

随后，根据实验数据绘制电流与霍尔电压之间的关系曲线图，并进行数据分析。

分析与讨论：通过实验数据的分析，我们可以得到以下几个结论：1. 霍尔电压与电流存在线性关系，电流越大，霍尔电压也越大；2. 霍尔电压与磁场的关系是非线性的，且磁场强度越大，霍尔电压也越大；3. 霍尔电压与温度存在一定的关系，随着温度的升高，霍尔电压会变化。

以上结论验证了霍尔效应的基本原理。

当电流通过霍尔片时，受到磁场的作用，电子受到洛伦兹力的驱动，从而产生横向电势差。

而电势差的大小与电流、磁场以及温度等因素有关。

实验误差分析：在实验过程中，由于外界环境的干扰以及仪器的精度等原因，会产生一定的误差。

霍尔效应实验报告

霍尔效应实验报告

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。