霍尔效应实验报告doc.docx

1、霍尔效应实验报告doc霍尔效应实验报告 以下是我给大家整理收集的霍尔效应实验报告，仅供参考。 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IS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，分别测量下列四组不同方向的IS和B组合的VH,即 +B， +I VH=V1 B， + VH=-V2 B， I VH=V3 +B， -I VH=-V4 VH = (|V1|+|V2|+|V3|+|V4|)/4 0.50 1.60 1.00 3.20 1.50 4.79 2.00 6.90 2.50 7.98 3.00 9.55 3.50 11.

2、17 4.00 .73 4.50 14.34 画出线形拟合直线图： Parameter Value Error - A 0.11556 0.13364 B 3.16533 0.0475 - R SD N P - 0.99921 0.18395 9 0.0001 2.保持IS=4.5mA ,测量ImVh关系 VH = (|V1|+|V2|+|V3|+|V4|)/4 0.050 1.60 0.100 3.20 0.150 4.79 0.200 6.90 0.250 7.98 0.300 9.55 0.350 11.06 0.400 .69 0.450 14.31 Parameter Value E

3、rror - A 0.13389 0.13855 B 31.5 0.49241 - R SD N P - 0.99915 0.19071 9 0.0001 基本满足线性要求。 2. 判断类型 经观察电流由A’向A流,B穿过向时电势上低下高所以载流子是正电荷空穴导电。 4.计算RH，n，σ，μ 线圈参数=5200GS/A;d=0.50mm;b=4.0mm;L=3.0mm 取Im=0.450A;由线性拟合所得直线的斜率为3.165(Ω)。 ; B=Im*5200GS/A=2340T;有 Ω。 若取d的单位为cm; 磁场单位GS;电位差单位V;电

4、流单位A;电量单位C;代入数值,得RH =6762cm3/C。 n=1/RHe=9.24E14/cm-3。 =0.0473(S/m); =3.198(cm2/Vs)。 思考题： 1、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? 答：若磁场方向与法线不一致，载流子不但在上下方向受力，前后也受力(为洛仑兹力的两个分量);而我们把洛仑兹力上下方向的分量当作合的洛仑兹力来算，导致测得的Vh比真实值小。从而，RH偏小，n偏大;σ偏大;μ不受影响。 可测量前后两个面的电势差。若不为零，则磁场方向与法线不一致。 2、能否用霍尔元件片测量交

5、变磁场? 答：不能，电荷交替在上下面积累，不会形成固定的电势差，所以不可能测量交变的磁场。 霍尔效应实验报告2 一、实验名称: 霍尔效应原理及其应用 二、实验目的: 1、了解霍尔效应产生原理; 2、测量霍尔元件的 、 曲线，了解霍尔电压 与霍尔元件工作电流 、直螺线管的励磁电流 间的关系; 3、学习用霍尔元件测量磁感应强度的原理和方法，测量长直螺旋管轴向磁感应强度 及分布; 4、学习用对称交换测量法(异号法)消除负效应产生的系统误差。 三、仪器用具:YX-04型霍尔效应实验仪(仪器资产编号) 四、实验原理: 1、霍尔效应现象及物理解释 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

6、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于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。对于图1所示。 半导体样品，若在x方向通以电流 ，在z方向加磁场 ，则在y方向即样品A、A′电极两侧就开始聚积异号电荷而产生相应的电场 ，电场的指向取决于样品的导电类型。显然，当载流子所受的横向电场力 时电荷不断聚积，电场不断加强，直到 样品两侧电荷的积累就达到平衡，即样品A、A′间形成了稳定的电势差(霍尔电压) 。 设 为霍尔电场， 是载流子在电流方向上的平均漂移速度;样品的宽度为 ，厚度为 ，载流子浓度为 ，则有: (1-1)

7、 因为 ， ，又根据 ，则 (1-2) 其中 称为霍尔系数，是反映材料霍尔效应强弱的重要参数。只要测出 、 以及知道 和 ，可按下式计算 : (1-3) (1-4) 为霍尔元件灵敏度。根据RH可进一步确定以下参数。 (1)由 的符号(霍尔电压的正负)判断样品的导电类型。判别的方法是按图1所示的 和 的方向(即测量中的+ ，+ )，若测得的 0(即A′的电位低于A的电位)，则样品属N型，反之为P型。 (2)由 求载流子浓度 ，即 。应该指出，这个关系式是假定所有载流子都具有相同的漂移速度得到的。严格一点，考虑载流子的速度统计分布，需引入 的修正因子(可参阅黄昆、谢希德著半导体物理学)

8、。 (3)结合电导率的测量，求载流子的迁移率 。电导率 与载流子浓度 以及迁移率 之间有如下关系: (1-5) 2、霍尔效应中的副效应及其消除方法 上述推导是从理想情况出发的，实际情况要复杂得多。产生上述霍尔效应的同时还伴随产生四种副效应，使 的测量产生系统误差，如图2所示。 (1)厄廷好森效应引起的电势差 。由于电子实际上并非以同一速度v沿y轴负向运动，速度大的电子回转半径大，能较快地到达接点3的侧面，从而导致3侧面较4侧面集中较多能量高的电子，结果3、4侧面出现温差，产生温差电动势 。可以证明 。 的正负与 和 的方向有关。 (2)能斯特效应引起的电势差 。焊点1、2间接触电阻可能不同，通

9、电发热程度不同，故1、2两点间温度可能不同，于是引起热扩散电流。与霍尔效应类似，该热扩散电流也会在3、4点间形成电势差 。若只考虑接触电阻的差异，则 的方向仅与磁场 的方向有关。 (3)里纪-勒杜克效应产生的电势差 。上述热扩散电流的载流子由于速度不同，根据厄廷好森效应同样的理由，又会在3、4点间形成温差电动势 。 的正负仅与 的方向有关，而与 的方向无关。 (4)不等电势效应引起的电势差 。由于制造上的困难及材料的不均匀性，3、4两点实际上不可能在同一等势面上，只要有电流沿x方向流过，即使没有磁场 ，3、4两点间也会出现电势差 。 的正负只与电流 的方向有关，而与 的方向无关。 综上所述，在

10、确定的磁场 和电流 下，实际测出的电压是霍尔效应电压与副效应产生的附加电压的代数和。可以通过对称测量方法，即改变 和磁场 的方向加以消除和减小副效应的影响。在规定了电流 和磁场 正、反方向后，可以测量出由下列四组不同方向的 和 组合的电压。即: ， : ， : ， : ， : 然后求 ， ， ， 的代数平均值得: 通过上述测量方法，虽然不能消除所有的副效应，但 较小，引入的误差不大，可以忽略不计，因此霍尔效应电压 可近似为 (1-6) 3、直螺线管中的磁场分布 1、以上分析可知，将通电的霍尔元件放置在磁场中，已知霍尔元件灵敏度 ，测量出 和 ，就可以计算出所处磁场的磁感应强度 。 (1-7)

11、2、直螺旋管离中点 处的轴向磁感应强度理论公式: (1-8) 式中， 是磁介质的磁导率， 为螺旋管的匝数， 为通过螺旋管的电流， 为螺旋管的长度， 是螺旋管的内径， 为离螺旋管中点的距离。 X=0时，螺旋管中点的磁感应强度 (1-9) 五、 实验内容: 测量霍尔元件的 、 关系; 1、将测试仪的 调节和 调节旋钮均置零位(即逆时针旋到底)，极性开关选择置0。 2、接通电源，电流表显示0.000。有时， 调节电位器或 调节电位器起点不为零，将出现电流表指示末位数不为零，亦属正常。电压表显示0.0000。 3、测定 关系。取 =900mA，保持不变;霍尔元件置于螺旋管中点(二维移动尺水平方向14.

12、00cm处与读数零点对齐)。顺时针转动 调节旋钮， 依次取值为1.00，2.00，.，10.00mA，将 和 极性开关选择置+ 和-改变 与 的极性，记录相应的电压表读数 值，填入数据记录表1。 4、以 为横坐标， 为纵坐标作 图，并对 曲线作定性讨论。 5、测定 关系。取 =10 mA ,保持不变;霍尔元件置于螺旋管中点(二维移动尺水平方向14.00cm处与读数零点对齐)。顺时针转动 调节旋钮， 依次取值为0，100，200，.，900 mA，将 和 极性开关择置+ 和-改变 与 的极性，记录相应的电压表读数 值，填入数据记录表2。 6、以 为横坐标， 为纵坐标作 图，并对 曲线作定性讨论。

13、 测量长直螺旋管轴向磁感应强度 1、取 =10 mA， =900mA。 2、移动水平调节螺钉，使霍尔元件在直螺线管中的位置 (水平移动游标尺上读出)，先从14.00cm开始，最后到0cm点。改变 和 极性，记录相应的电压表读数 值，填入数据记录表3，计算出直螺旋管轴向对应位置的磁感应强度 。 3、以 为横坐标， 为纵坐标作 图，并对 曲线作定性讨论。 4、用公式(1-8)计算长直螺旋管中心的磁感应强度的理论值，并与长直螺旋管中心磁感应强度的测量值 比较，用百分误差的形式表示测量结果。式中 ,其余参数详见仪器铭牌所示。 六、 注意事项: 1、为了消除副效应的影响，实验中采用对称测量法，即改变 和

14、 的方向。 2、霍尔元件的工作电流引线与霍尔电压引线不能搞错;霍尔元件的工作电流和螺线管的励磁电流要分清，否则会烧坏霍尔元件。 3、实验间隙要断开螺线管的励磁电流 与霍尔元件的工作电流 ，即 和 的极性开关置0位。 4、霍耳元件及二维移动尺容易折断、变形，要注意保护，应注意避免挤压、碰撞等，不要用手触摸霍尔元件。 七、 数据记录:KH=23.09，N=3150匝，L=280mm,r=13mm 表1 关系 ( =900mA) (mV) (mV) (mV) (mV) 1.00 0.28 -0.27 0.31 -0.30 0.29 2.00 0.59 -0.58 0.63 -0.64 0.61 3.

15、00 0.89 -0.87 0.95 -0.96 0.90 4.00 1.20 -1.16 1.27 -1.29 1.23 5.00 1.49 -1.46 1.59 -1.61 1.54 6.00 1.80 -1.77 1.90 -1.93 1.85 7.00 2.11 -2.07 2.22 -2.25 2.17 8.00 2.41 -2.38 2.65 -2.54 2.47 9.00 2.68 -2.69 2.84 -2.87 2.77 10.00 2.99 -3.00 3.17 -3.19 3.09 表2 关系 ( =10.00mA) (mV) (mV) (mV) (mV) 0 -0.10

16、 0.08 0.14 -0.16 0. 100 0.18 -0.20 0.46 -0.47 0.33 200 0.52 -0.54 0.80 -0.79 0.66 300 0.85 -0.88 1.14 -1.15 1.00 400 1.20 -1.22 1.48 -1.49 1.35 500 1.54 -1.56 1.82 -1.83 1.69 600 1.88 -1.89 2.17 -2.16 2.02 700 2.23 -2.24 2.50 -2.51 2.37 800 2.56 -2.58 2.84 -2.85 2.71 900 2.90 -2.92 3.18 -3.20 3.05 表

17、3 关系 =10.00mA， =900mA (mV) (mV) (mV) (mV) B 10-3T 0 0.54 -0.56- 0.73 -0.74 2.88 0.5 0.95 -0.99 1.17 -1.18 4.64 1.0 1.55 -1.58 1.80 -1.75 7.23 2.0 2.33 2.37- 2.88 -2.52 10.57 4.0 2.74 -2.79 2.96 -2.94 .30 6.0 2.88 -2.92 3.09 -3.08 .90 8.0 2.91 -2.95 3.13 -3.11 13.10 10.0 2.92 -2.96 3.13 -3.13 13.10 .0 2.94 -2.99 3.15 -3.06 13.20 14.0 2.96 -2.99 3.16 -3.17 13.3 八、 数据处理:(作图用坐标纸) 九、 实验结果: 实验表明:霍尔电压 与霍尔元件工作电流 、直螺线管的励磁电流 间成线性的关系。 长直螺旋管轴向磁感应强度: B=UH/KH*IS=1.33x10-2T 理论值比较误差为: E=5.3%