大学物理实验――霍尔效应

霍尔效应实验黑龙江大学普通物理实验室霍尔（A.H.Hall）霍尔效应是美国物理学家霍尔（A.H.Hall，1855—1938）于1879年在美国霍普金斯大学读研究生期间,研究关于载流导体在磁场中的受力性质时发现的一种现象。A.H.Hall（1855～1938）霍尔效应（Halleffect）如果在一块矩形半导体薄片上沿x轴方向通以电流，在z轴方向上加磁场，则在垂直于电流和磁场的方向（即y轴方向）上产生电势差，这一现象称为霍尔效应,所产生的电压称为霍尔电压。xyzISBVHB霍尔效应（Halleffect）IS半导体：N型—载流子是电子；P型—载流子是空穴有一N型半导体薄片：厚为d，宽为b，A’C’电极间距为lBISBvmF'AeF'CACHEVdblmVmeFvB洛伦兹力霍尔电场霍尔电压HEHV0AAV0AAV0HV0meFF动态平衡时P型半导体xyz电场力eHeFE-测量霍尔电压ISBISB'A'CACmV实验中的副效应：不等势电压V0厄廷豪森效应VE能斯特效应VN里纪-勒杜克效应VRL副效应的消除方法用对称测量法测量+B,+ISVAA’=V1-B,+ISVAA’=V2-B,-ISVAA’=V3+B,-ISVAA’=V412344HVVVVVxyzVAA’仪器介绍红黄白橙NC黑ADA'C'EVxyz霍尔片IS输入+IS-IS霍尔片输出VHVVHV+-mV+-霍尔效应测试仪SHVHVσ（mV）IS（mA）IM(A）IS调节IM调节IS输出IM输出VHVσ输入-3.21.123仪器介绍实验内容保持IM值不变,（取IM=0.600A），改变IS，测量VH，用最小二乘法处理数据，计算霍尔系数RH，计算载流子浓度n。电磁铁励磁电流，电磁铁常数电磁铁磁感应强度B的国际单位：特斯拉T，单位换算0()MBBIkGS0***/BkGSAMI4110GSTSHHIBVRdRH—霍尔系数1.测量霍尔电压,计算霍尔系数实验内容2.测A’C’间电压，计算电导率，迁移率。将实验仪“VH输出”开关倒向，在零磁场下（怎样获得零磁场？），取，测量。注意:IS取值不要大于0.20mA，以免过大，毫伏表超量程。VV0.20SImAV()()SIVV红黄白橙NC黑ADA'C'EV霍尔片输出VHVVHV+-mV数据处理记录B0、IM，计算磁感应强度B(计算过程)。记录霍尔片几何参量b、d、l(122页)。用最小二乘法处理数据，记录截距A’，斜率B’，相关系数r。用斜率B’计算霍尔系数RH。判断材料的导电类型（N型P型）。'HSVBISHHIBVRd'?B?HR数据处理计算载流子浓度（单位体积内含有载流子的个数，单位）计算电导率（描述物体的导电能力，是电阻率的倒数。单位：西门子/米(S/m)）计算迁移率（是指载流子（电子和空穴）在单位电场作用下的平均漂移速度，即载流子在电场作用下运动速度的大小的量度，运动得快，迁移率大；运动得慢，迁移率小。单位）318HnRe||SIlVbdne191.602210eC2/()mVs3m注意事项霍尔片性脆易碎，电极甚细易断，严禁撞击或用手触摸，否则易遭损坏。在需要调节霍尔片位置时，必须谨慎，切勿随意改变Y轴方向的高度，以免霍尔片与磁极面摩擦而受损。决不允许将“IM输出”接到“IS输入”或“VH、Vσ输出”处，否则，一旦通电，霍尔样品即遭损坏。测量Vσ时，IS不宜过大，以免数字电压表超量程，通常IS取为0.2mA左右。3m最小二乘法（直线拟合y=A’+B’x）''AyBx22'xyxyBxx2222()()xyxyrxxyy相关系数斜率截距如果相关系数|r|趋于1，说明VH和IS线性关系好，截距A’趋于0，说明VH和IS是正比关系，有因为'HSVBISHHIBVRd?HR返回最小二乘法（直线拟合y=A’+B’x）设置状态MODEMODE21清除内存SHIFTAC=输入数据x1，y1M+x2，y2M+……xn，ynM+截距A’SHIFT7=2位，单位斜率B’SHIFT8=4位，单位相关系数rSHIFT(=保留至不为9的数返回霍尔效应（Halleffect）xyzISP型半导体BISBvmF'AeF'CACHEmV0HV返回不等势电压不等势电压是由于霍尔元件的材料本身不均匀，以及电压输入端AA’引线在制作时不可能绝对对称地焊接在霍尔片的两侧。因此，当电流流过霍尔元件时，在电极AA’间也具有电势差，记为，其方向只随方向不同而改变，与磁场方向无关。因此，可通过改变方向予以消除。0VSIBIS'AA0VSI返回SI厄廷豪森效应返回1887年厄廷豪森发现，由于载流子的速度不相等，它们在磁场的作用下，速度大的受到的洛仑兹力大，绕大圆轨道运动，速度小则绕小圆轨道运动，这样导致霍尔元件的一端较另一端具有较多的能量而形成一个横向的温度梯度。因而产生温差效应，形成电势差，记为，其方向取决于和的方向。可判断出和始终同向。EVEVBSIHV能斯特效应返回由图所示由于输入电流端引线D、E点处的电阻不相等，通电后发热程度不同，使D和E两端之间出现热扩散电流，在磁场的作用下，在A、A’两端出现横向电场，由此产生附加电势差，记为。其方向与无关，只随磁场方向而变。BD'AAENVSI里纪-勒杜克效应HV由于热扩散电流的载流子的迁移率不同，类似于厄廷豪森效应中载流子速度不同一样，也将形成一个横向的温度梯度，产生附加电势差，记为，其方向只与磁场方向有关，与同向。返回RLV取+B、+测得取–B、+测得取–B、–测得取+B、–测得消去、和得因为，一般可忽略不计，所以SISISI10HENRLVVVVVV40HENRLVVVVVV03VVVVVVRLNEH20HENRLVVVVVVNVRLV0VEHVVVVVV)(414321)(414321VVVVVHHEVVSI副效应的消除方法返回