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1、平均速率为v）受到洛伦兹力F的作用,F = qvBB(1)qvB =【实验题目】通过霍尔效应测量磁场【实验目的】1、了解霍尔效应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”消除付效应影响。3、根据霍尔电压判断霍尔元件载流子类型，计算载流子的浓度和迁移速度，【实验仪器】QS-H霍尔效应组合仪【实验原理】1、通过霍尔效应测量磁场霍尔效应装置如图2.3.1-1和图2.3.1-2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A、A上施加电流I时，薄片内定向移动的载流子（设无论载流子是负电荷还是正电荷，F的方向均B沿着x方向，在磁力的作用下，载流子
2、发生偏移, 产生电荷积累，从而在薄片B、B两侧产生一个电位差V，形成一个电场E。电场使载流子又受到一H个与FB方向相反的电场力Fe， fe=qE=q h其中b为薄片宽度，行随着电荷累积而增大，当 达到稳定状态时Fe =Fb，即另一方面，射载流子浓度为n,薄片厚度为d，则电流这时在B、B两侧建立的电场称为霍尔电场，相应的电压匕称为霍尔电压，电极B、B称 为霍尔电极。强度I与v的关系为：mIm = bdnqV 或 V = Imbdnq 由（3）和可得到1 I Bm nq d另R =，则neV = R LBH dR称为霍尔系数，它体现了材料的霍尔效应大小。根据霍尔效应制作的元件称为霍尔元件。 在应用
3、中，（6）常以如下形式出现：V 二 K I B（7）HH m” R 1一T式中K =T=称为霍尔兀件灵敏度，I称为控制电流。H d nedm由式可见若Im、Kh已知只要测出霍尔电压匕，即可算出磁场B的大小；并且若知载流子类型（n型半导体多数载流子为电子，P型半导体多数载流子为空穴），则由匕的 正负可测出磁场方向，反之，若已知磁场方向，则可判断载流子类型。2、霍尔效应实验中的付效应在实际应用中，伴随霍尔效应经常存在其他效应。例如实际中载流子迁移速率u服从统 计分布规律，速度小的载流子受到的洛伦兹力小于霍尔电场作用力，向霍尔电场作用力方向 偏转，速度大的载流子受到磁场作用力大于霍尔电场作用力，向洛
4、伦兹力方向偏转。这样使 得一侧告诉载流子较多，相当于温度较高，而另一侧低速载流子较多，相当于温度较低。这 种横向温差就是温差电动势VE,这种现象称为爱延豪森效应。这种效应建立需要一定时间， 如果采用直流电测量时会因此而给霍尔电压测量带来误差，如果采用交流电，则由于交流变 化快使得爱延豪森效应来不及建立，可以减小测量误差。此外，在使用霍尔元件时还存在不等位电动势引起的误差，这是因为霍尔电极B、B 不可能绝对对称焊在霍尔片两侧产生的。由于目前生产工艺水平较高，不等位电动势很小, 故一般可以忽略，也可以用一个电位器加以平衡（图2.3.1-1中电位器R1）。我们可以通过改变IS和磁场B的方向消除大多数
5、付效应。具体说在规定电流和磁场正反方 向后，分别测量下列四组不同方向的IS和B组合的VBB,即+B,+1, VBB=V1UBC的测量-B，+I, VBB=-V2-B，-I, VBB=V3+B,-I, VBB=-V4然后利用V = i（V - V + V - V ）得到霍尔电压平H 41234均值，这样虽然不能消除所有的付效应，但其引入的 误差不大，可以忽略不计。3、电导率测量测量方法如图3所示。设BC间距离为L,样品横截面积为S=bd,流经样品电流为】=0.15mA ,在m零磁场下B二0，测得BC间电压为忖则:I Lb =mV bdBC实验内容及步骤】一、验证霍尔电压V与工作电流I、霍尔电压V
6、与磁场B （ B二ny I二B I ）即与IH m H M 0 M M 的关系。1、将测试仪上I输出，I输出和V输入三对接线柱分别与实验台上对应接线柱连接。打M m H开测试仪电源开关，预热数分钟后开始实验。2、 保持I不变，取I二400mA，I二0.15mA取1.00,1.50,4.50mA，将数据填入表MMm1,测绘V -1曲线，并计算B二ny即B。H m003、保持I 不变，取I = 3.0mA，I 取 0.10、0.15、.20、0.25、.30、0.35A，将数据mmM填入表,2,测绘V -1曲线。HM4、在零磁场下B二0，取I二0.15mA，测V 。mBC5、确定样品导电类型。二、
7、测量螺线管周围的磁场取I二3.0mA，I二400mA，霍尔元件放在磁场种不同位置X，分别测量霍尔电压 SMV。填入表2,计算出B，在坐标纸上画出B- X曲线。H【原始数据】 L 二 3.0mmb 二 4.0mmd 二 0.5mm K =H表1霍尔电压测量 （I二400mA，霍尔片放在磁场中最强的地方）单位：mVMI (mA )mV1( IM +, IS +)V2( IM -,IS +)V3(IM -,IS-)V4( IM +, IS -)V = i(V - V + V - V )H412340.100.150.200.250.300.35表2霍尔电压测量（I二3.0mA，霍尔片放在磁场中最强的
8、地方）单位：mVmIM (A)V1( IM +, IS +)V2(IM -,IS +)V3(IM -,IS )V4( IM +, IS -)V = -(V - V + V - V )H4-2340.100.150.200.250.300.35表3霍尔元件放在磁场种不同位置X，测量霍尔电压匕（Is二。曲，Im二400mA）X(mm)-18-17-16-15-14-10-6061014161718V1( IM +, IS +)V2( IM -,IS +)V3(IM -,IS )V4( IM +, IS -)V (mV)HB (T)【实验数据处理】思考题若磁场不恰好与霍尔元件片底法线一致，对测量结果有何影响，如果用实验方法判 断B与元件发现是否一致？能否用霍尔元件片测量交变磁场
