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1、第卷第期年月物理实验,。,霍尔效应中的副效应及其消除方法刘爬丁柳纪虎兰州大学前言近年来霍尔效 应在半导体材料测 量中,有着广泛 的应用霍尔元件的 主要用途。钡量磁场测 量交、直流电路中的电流强度和功率转换信号,能把直流电流转换成交流电流,对 它进 行调 制,可放大直流或交 流信号等对各种物理量进行四则、乘方、开方运算在确定 纯度,材料的补偿度、外延 异质材料的电学性质、高阻率材料导电类型 的判断及新材料的研究等方面,却有它独特的作用速度而载流子受力偏转的结果使电荷在产两侧积聚形成电场图中设载流 子是 负电荷,故二沿着轴负方 向,该电场还给载流子一 个与。反方向电场力,表示电场强度,表示产间的电
2、位差,贝二一。匕一了竺当电场力和洛伦兹力达 到平衡时,有书七一、测量原理如图所示在一块厚为、宽为、长为的半导体,当方 向通电流,磁场沿轴方向,电 量为的载流子会受到洛伦兹力设载流子浓度用表示,由于电流强度。的关系为二故令“一六,于是,式可写为、科仄一一、一与一一一一 一一二式中、。分别为载流子的电量和移动式中称为霍尔系数由式与的意义,可得 出如果载流子带负电荷,霍尔系数为负,则“一”号指型,反之,霍尔系数为正,故“”指型由此可判别材 料导 电类型。在实际应用中式可写为二式 中,二孕一丽互一称为霍尔元件灵敏度,称为控制电流,称为霍尔电压二在测量中要求川逮大越好二、测 量电路如图。为恒流源“一,为
3、高、低阻电位差计及检流计系统或数字电压表,为磁铁及它的电源等在一 般测 量 巾都忽略了载流子的速度。的差异,还不考虑各电极与霍尔片之间的接触电阻和由它而引起的温升,并 由此而产生热流对载流子速度的影响。从实际测量得知因样品两端的电流电极不是理想 的欧姆接触,它两侧的电位电极与半导休不会是 同一材料,在测试中必然产生热电现象及温差电现象,由此会引起副效应,但它们与霍尔效应一样,与电流及磁场有关。、几种副效应的产生与其消除方法几种副效应的产生由不等位电位差 引起的误差,若样品不加磁场 时,使样品通以电流,在 图中,尹两点能 引起一横向电压。该电压是因为霍尔电压 的 测试点,产不在 同一等位线测试点
4、处于同一等位线上如此便能消除其误差。爱廷豪森效应当样品在轴方向通以电流,在方向加磁场,因电子速度不是严格相等的,速度快和慢的电子,未同时到达,于是在方向的一端比其另一端积累较多的能量,便产生温度。的大小与电流和磁场的乘积成正比,所以爱廷豪森效应的电压的符一号与,的乘积有关因该效应的存在,对型半导体比型半导体所测得的电压比实际稍大些。但温度梯度的建立是需一定时间的由此道理,使样品通以交流电流,致使内部的 温度梯度来不及产生,从而可消除其影响。里纪一勒杜克效应当样品在方向有热流通过样品时,在方向的磁场作用下,而电子速度的分布将在方向产生温度梯度,它与热流的温度梯度及磁场大小成正比可看出它类似于爱廷
5、豪森效应故里纪一勒杜克效应的符号与有关。该效应能通过改变磁场方 向使反向便可消除。能斯脱效应当热流通过样品时,在二方 向存在温度梯度沿温度梯度而有扩散倾向的电子在方向磁场的作用下,在夕方向建立的电位差与磁场大小及热流的温度梯度成正比,因此的符号与有关。它类似于霍尔效应。该效应可通过磁场方向使其反向加以消除之。在一般测量中,为消除以上几种副效的影响需在激磁绕组与样品通以电 流及样品 波测霍尔电压线路中用三组换 向开关改变磁 场及电 流方 向,组合四组电压进 行测量。,。,一,一一,组合以上四式,二一一一。二一一一。二一一一一。进行运算得上所引起的。在制作时,应尽量使,尸两,一一以上各式 中。为霍
6、尔电压,为爱廷豪森电压,为里纪一一勒杜克电压,为能斯脱电压,。为测试点不 在同一等位线上所生零位电压。从式 知,改变电流与磁场方向,可消除,及。的影响,但不能消去。经我们反复测试,一般能引进 约的误差。在一些文献中认为的影响比较小,可忽略我们认为需采 用一定的方法去消除它的影响才算正确用直流与交流消除几种 副效应 的具体方法用直流测 量时动作快,使样品在电流改变方 向时,由拍尔帖效应 引起的温度来不及 改变方向时 已测量完 毕,故热流方向就不会改变,此 时和的符号只取决于磁场等。用交 流方法测 呈时,可减少在,的测量中的影 响只不过在 图中,激磁 绕组与样品通以交流电流,为交 流电压表,为信号
7、源,取掉换 向开关即可由于霍尔效应的建立所需时间较短大 约 在“一“内,便可 用直流或交流。若拄制电 流用烦率为。的交流电,于是二。,则一。故也是交变的。这时式仍可使用,就式中的和应理解为有效值而二二竺。其中、都是直流项而是常数,。是时间常数它依赖于被测材料的性质如果频率较高时,能把降低到所期望的那样小用这种方法能把和。从所有项中分出来,而用不着花费较多的时间对电流和磁场换向,同样能得到式所描述的结果收 稿日期年月日上接第页三火自纸七 图 点尤小的小磁块一块,上面固定长约厘米左右的小铁钉,再将这些小磁铁块吸附在敷有铁片的木板上,大致在抛物线的附近均匀排列着。库度为小球半径韦斌刘凤军一阳一中莫福周始兴中学三新编高 中物理课本上册第页,“研究平抛物体运 动”的实验,是用小球从槽上滚下,正好穿过纸卡片中的小孔,记录 一系列落点位置来显示的。这个 方 法的特点就是要多次寻找适 当位置,一一描点,实验难度大,费时 间我经过实践,做了一个实验装置,经过一次调 试,可以准确地多次显示出来。一、实验装里如下图所示,西药片大认认认 小球碰撞器小磁块小铁钉 铅锤敷铁片木板二、实验过程让小球从槽上自由滚下,经过小铁钉竖直立着的位置,使小 铁钉被击倒。也就是说,被击倒的铁钉连成的曲线,就是小球球心运动的轨迹。张金山湖北云梦县 隔蒲 中学
