霍爾效應原理及霍爾元件基本參數的測定實驗實驗10Page961一、實驗目的1.了解霍爾效應原理以及霍爾器件對材料的要求2.測元件的霍爾系數、載流子濃度及遷移率3.確定導電類型4.了解對稱測量法2二、實驗原理31879年,美國物理學家霍爾(E.H.HaLL)發現：?BIs⊥BIs為什么出現霍爾電壓？運動電荷受磁場力的作用有關4洛倫茲力荷蘭物理學者亨德里克·洛倫茲提出。定義：磁場對運動電荷的作用力。運動(v)電荷(q)在磁場(B)中所受到的力（F）。計算洛倫茲力：FB=qvB

5洛倫茲力FB=qvB的方向判斷：右手定則：四指方向V方向四指彎曲方向B方向大拇指方向確定F方向q正大拇指方向=FB方向q負大拇指反方向=FB方向6霍爾效應霍爾效應：霍爾電壓正或負？+-II++++++------N型半導體(Negative)：電子為載流子F洛(B)-veB0+霍爾電壓測得霍爾電壓為負(negative)ss7+-II++++++------測得霍爾電壓為正（positive)B0+霍爾電壓P型半導體（positive）：空穴為載流子ss8疑問？霍爾電壓可測或可計算？霍爾電壓與哪些因素有關？與直流電流有關嗎？與磁場有關嗎？與元件有關嗎？+-IB++++++I0+霍爾電壓++++++------+vd12bF洛b:霍爾片高度d:霍爾片寬度V1

V2

ss9+-IB++++++I0+霍爾電壓++++++------+vd12bF洛b:霍爾片高度d:霍爾片寬度E:電場強度1、霍爾電壓(VH=V1-V2):計算霍爾電壓：VH=bE

P型半導體：空穴為載流子

V1

V2

怎么求電場強度E？

可測，可計算？ss10+-IB++++++I0+霍爾電壓++++++------+vdn12bFeevBeEvBEF洛平衡時F洛=Fe...n載流子數密度霍爾電壓V1-V2=bE

E=？運動電荷速度v=？V1

V2

ss11+-IB++++++I0+霍爾電壓++++++------+vdn12bFeF洛n載流子數密度S=bd為霍爾片截面積d為霍爾片寬度s運動電荷速度v=？霍爾電壓VH=bE=bvB

霍爾系數RH12問：怎么用可測的VH求霍爾系數RH？霍爾系數：反映霍爾效應強弱；其符號決定于試件中載流子是帶正電荷（空穴）或負電荷（電子）。與電流、磁場強度、霍爾片有關？132、求霍爾系數RHB=kIm(k已知，為B與勵磁電流Im的轉化系數，從測試儀上查出）；所加的勵磁電流Im和直流電流Is可知道;d為霍爾片厚度。143、VH-Is關系：直線保持勵磁電流IM（可測）不變，則B不變；

B=kIM(k已知，為B與IM的轉化系數，從測試儀上查出）；d為霍爾片厚度測VH、Is，作VH-Is直線

常數測定數據表10-1154、VH-IM關系：直線保持Is（可測）不變；k已知，為B與IM的轉化系數；d為霍爾片厚度測VH、IM作VH-IM直線測定數據表10-2常數16RH1ne如考慮載流子的速度統計分布RH1ne3p8e=1.6×10-19C5、求載流子濃度n176、求載流子的遷移率VsVslS電導率sIsμl為已知，為A、C距離；S=bd為霍爾片截面積；零磁場Im=0時，A、C之間的電位差18載流子數密度n+-IB++++++霍爾效應I0+霍爾電壓+-IIBF0+霍爾電壓v++++++------++++++------+Fvddnneq1V2V011221V2V07、判斷N或P型bb19三、實驗儀器20霍爾效應測磁場BV霍爾元件探頭保護罩霍爾效應實驗儀2122霍爾效應實驗組合儀IM輸入Is輸入VH/Vσ輸出實驗儀23四、實驗步驟參考講義注意：開關機前，測試儀上的“IM調節”及“IS調節”旋鈕均置于零（逆時針旋到底）。241.連接測試儀與實驗儀之間的各組連線page99圖10-225紅-紅連線黑-黑連線IM輸入Is輸入VH/Vσ輸出實驗儀26目的消除誤差：霍爾元件中的副效應(不等勢電壓;由溫差電效應、熱磁效應引起的附加電壓)霍爾電壓的測量方法：對稱測量法分別測量四組不同的A’、A兩點的電位差27若“實驗儀”約定開關IM（相當于B）、IS向上合為正，則向下合為負。實驗儀+B，+IS-B，+IS-B，-IS+B，-ISIM開關向上合向下合向下合向上合IS開關向上合向上合向下合向下合“實驗儀”開關方向約定：正負IM輸入Is輸入282.測繪VH-Is直線按表10-1依次改變Is,測量UH,IM輸入Is輸入VH/Vσ輸出29表10-1：保持Im=0.600A不變，測霍爾電壓Is(mA)U1(mV)U2(mV)U3(mV)U4(mV)UH(mV)+B，+IS-B，+IS-B，-IS+B，-IS1.00-3.093.01-2.93.12-3.031.50-4.624.49-4.464.66-4.562.00-6.186.00-5.966.22-6.092.50-7.737.49-7.457.77-7.613.00-9.288.99-8.959.32-9.143.50-10.8210.47-10.4310.86-10.654.00-12.3511.95-11.9112.39-12.15注：讀數有正負303.測繪VH-IM直線按表10-2：保持Is=3.00mA不變，依次改變IM,測量霍爾電壓31表10-2：保持Is=3.00mA不變，改變IM,測量霍爾電壓IM(mA)U1(mV)U2(mV)U3(mV)U4(mV)UH(mV)0.3-4.734.41-4.374.74-4.560.4-6.235.95-5.916.27-6.090.5-7.757.47-7.437.8-7.610.6-9.288.99-8.959.32-9.140.7-10.810.5-10.4710.84-10.650.8-12.3212.02-11.9912.37-12.18324、測量Vσ值（兩電極A、C間的電位差，計算電導率用）實驗儀“VHVσ”倒向Vσ，測試儀“功能切換”置Vσ實驗儀IM斷開，按測量選擇IS（測試儀），向上合開關IS（實驗儀），調節IS=2.00mA（零磁場IM=0，IS=2.00mA），

測量Vσ值，記錄Vσ=？

mA335、從測試儀電磁鐵的線包上查出B與IM的轉化系數k如IM=0.600A,則K讀數乘0.1計算346.確定樣品導電類型實驗儀三組雙刀開關：均擲向上方按測量選擇IS，合開關IS，調節IS=2.00mA；按測量選擇IM，合開關IM，調節IM=0.600A測量VA’A大小,并判斷霍爾片的極性。極性判斷：若VH=VA’A為正值，說明樣品是P型半導體，反之，為N型半導體。35五、數據處理與結果1.完成數據記錄表10-1，并作VH-IS曲線36Is(mA)U1(mV)U2(mV)U3(mV)U4(mV)UH(mV)+B，+IS-B，+IS-B，-IS+B，-IS1.00-3.093.01-2.93.12-3.031.50-4.624.49-4.464.66-4.562.00-6.186.00-5.966.22-6.092.50-7.737.49-7.457.77-7.613.00-9.288.99-8.959.32-9.143.50-10.8210.47-10.4310.86-10.654.00-12.3511.95-11.9112.39-12.152、根據表10-1中Im=0.600A，Is=2.00mA時測得數據計算霍爾系數、載流子濃度和載流子遷移率37已知：表10-1測得Im=0.600A，Is=2.00mA時的霍爾電壓VH；

k已知，為B與Im的轉化系數，從測試儀上查出，計算時乘以0.1；

d為霍