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1、霍尔效应及其应用一、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VHIS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。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：F = e v BN型半导体的多数载流子为电子，Pg型半导体的
2、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，有了怎）只（7、 E （Y） 0 （P型）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：FE=eEH其中eh为霍尔电场强度。，以及知道Is （安）、B （高斯）和d （厘米）可按下式计算Rh （厘FE随电荷积累增多而增大，当达到稳恒状态时，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达到平衡，只要测出VH （伏）W x 1 02I BS，米3/库仑）。由Rh求载流子浓度nRH由比例系数R” =上得 H ne3.结合电导率的测量，求载流子的迁移
3、率u电导率。与载流子浓度n以及迁移率之间有如下关系:o=n e u由比例系数Rh = n1；得，u=|RH|。，通过实验测出。值即可求出u。三. 实验步骤1, 连接测试仪和实验仪之间相应的Is、VH和IM各组连线，Is及IM换向开关投向上方， 表明Is及IM均为正值（即Is沿X方向，B沿Z方向），反之为负值。VH、V。切换开关投向 上方测VH，投向下方测V。经教师检查后方可开启测试仪的电源。2, 为了准确测量，应先对测试仪进行调零，即将测试仪的“Is调节”和“ IM调节” 旋钮均置零位，待开机数分钟后若Vh显示不为零，可通过面板左下方小孔的“调零”电位H器实现调零，即“0.00”。3, 测绘V
4、HIs曲线将实验仪的“VH、V。”切换开关投向VH侧，测试仪的“功能切换”置VH。保持IM值不变（取Im=0.6A）,测绘VHIs曲线。4. 测绘VHIm曲线。实验仪及测试仪各开关位置同上。保持Is值不变，（取Is = 3.00mA）,测绘 VHIs 曲线。5, 测量V。值将“VH、V。”切换开关投向V。侧，测试仪的“功能切换”置V。在零磁场下，取Is =2.00mA，测量V。注意：Is取值不要过大，以免V。太大，毫伏表超量程（此时首位数 码显示为1,后三位数码熄灭）。6, 确定样品的导电类型。将实验仪三组双刀开关均投向上方，即Is沿X方向，B沿Z 方向，毫伏表测量电压为VAa,。取Is =
5、2mA，Im=0.6A，测量VH大小及极性，判断样品导 电类型。7. 求样品的Rh、n、。和p值。四. 数据处理1.测绘VHIs曲线表 1Im=0.6AIs 取值：1.00-4.00 mA。IsV (mV)V2 (mV)V (mV)V (mV)VV1-七 + 七-V4(mA)+Is、+B+Is、-B-Is、-B-Is、+BV (mV)H41,00-3,573,57-3,673,54-3,571,50-5,345,35-5,395.30-5,352,00-7,107,13-7,177.06-7,122,50-8,898,93-8,978,85-8,913,00-10.6410.09-10,741
6、0,59-10.674,00-14,1914,29-14,3314,15-14,242.测绘VHIm曲线表 2 Is = 3.00mA IM 取值：0.300-0.800A。IM(A)V,(mV)V2 (mV)V3 (mV)V4 (mV)V = V2 + V，- 匕厕)H4+Is、+B+Is、-B-Is、-B-Is、+B0.300-5,335,34-5.405,22-5,320.400-7.067,11-7,177.02-7.090.500-8,858.90-8,958.80-8,880.600-10.6310.69-10,7410,58-10.660.700-12,4112,48-12,53
7、12,37-12,450.800-14,2314,30-14,3514,19-14,273. V=172.9mV.4, VH=-7.13mV ( 4.075-14. 50675 )测绘VH-Im曲线Y =-17. 8685714285714 糅 + &. 0380523809531E-027、. e C . 2&T5 , -5.06Z5).-t .5125 、 -14.49375 )由上面可得平均Rh=-8.68 *10A=1/( IRHl*e) =7.2*10人11 个 /cm3Is l 一一 . 一。=10.41 mA/mV*cm2V料U=|RhI。= 9.03*10A7 mA/mV*c五. 思考题：如已知霍尔样品的工作电流Is及磁感应强度B的方向，如何判断样品的导电类型？ 答：由RH的符号（或霍尔电压的正、负）判断试样的导电类型判断的方法是按图（1） 所示的Is和B的方向，若测得的VH=VAAz0,（即点A的电位低于点A的电位）则 RH为负，样品属N型，反之则为P型。
