文档介绍：一、简介霍尔效应是磁电效应的一种,这一现象是霍尔(,1855—1938)于1879年在研究金属的导电机构时发现的。后来发现半导体、导电流体等也有这种效应,而半导体的霍尔效应比金属强得多,利用这现象制成的各种霍尔元件,广泛地应用于工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面。霍尔效应是研究半导体材料性能的基本方法。通过霍尔效应实验测定的霍尔系数,能够判断半导体材料的导电类型、载流子浓度及载流子迁移率等重要参数。流体中的霍尔效应是研究“磁流体发电”的理论基础。二、,沿Z方向加以磁场,沿X方向通以工作电流I,则在Y方向产生出电动势,如图1所示,这现象称为霍尔效应。称为霍尔电压。(a)(b)图1霍尔效应原理图实验表明,在磁场不太强时,电位差与电流强度I和磁感应强度B成正比,与板的厚度d成反比,即(1)或(2)式(1)中称为霍尔系数,式(2)中称为霍尔元件的灵敏度,单位为mv/(mA·T)。产生霍尔效应的原因是形成电流的作定向运动的带电粒子即载流子(N型半导体中的载流子是带负电荷的电子,P型半导体中的载流子是带正电荷的空穴)在磁场中所受到的洛仑兹力作用而产生的。如图1(a)所示,一快长为l、宽为b、厚为d的N型单晶薄片,置于沿Z轴方向的磁场中,在X轴方向通以电流I,则其中的载流子——电子所受到的洛仑兹力为(3)式中为电子的漂移运动速度,其方向沿X轴的负方向。e为电子的电荷量。指向Y轴的负方向。自由电子受力偏转的结果,向A侧面积聚,同时在B侧面上出现同数量的正电荷,在两侧面间形成一个沿Y轴负方向上的横向电场(即霍尔电场),使运动电子受到一个沿Y轴正方向的电场力,A、B面之间的电位差为(即霍尔电压),则(4)将阻碍电荷的积聚,最后达稳定状态时有即得(5)此时B端电位高于A端电位。若N型单晶中的电子浓度为n,则流过样片横截面的电流I=nebdV得(6)将(6)式代入(5)式得(7)式中称为霍尔系数,它表示材料产生霍尔效应的本领大小;称为霍尔元件的灵敏度,一般地说,愈大愈好,以便获得较大的霍尔电压。因和载流子浓度n成反比,而半导体的载流子浓度远比金属的载流子浓度小,所以采用半导体材料作霍尔元件灵敏度较高。又因和样品厚度d成反比,所以霍尔片都切得很薄,一般d≈。上面讨论的是N型半导体样品产生的霍尔效应,B侧面电位比A侧面高;对于P型半导体样品,由于形成电流的载流子是带正电荷的空穴,与N型半导体的情况相反,A侧面积累正电荷,B侧面积累负电荷,如图1(b)所示,此时,A侧面电位比B侧面高。由此可知,根据A、B两端电位的高低,就可以判断半导体材料的导电类型是P型还是N型。由(7)式可知,如果霍尔元件的灵敏度已知,测得了控制电流I和产生的霍尔电压,则可测定霍尔元件所在处的磁感应强度为。高斯计就是利用霍尔效应来测定磁感应强度B值的仪器。它是选定霍尔元件,即已确定,保持控制电流I不变,则霍尔电压与被测磁感应强度B成正比。如按照霍尔电压的大小,预先在仪器面板上标定出高斯刻度,则使用时由指针示值就可直接读出磁感应强度B值。由(7)式知因此将待测的厚度为d的半导体样品,放在均匀磁场中,通以控制电流I,测出霍尔电压,再用高斯计测出磁感应强度B值,就可测定样品的霍尔系数。又因(或),故可以通过测定霍尔系数来确定半导体材料的载