文档介绍：霍尔效应及其应用实验报告【摘要】本实验通过了解霍尔原理及霍尔元器件的使用,测绘并测量霍尔系数、电导率。试验在测量过程中,由于各种副效应会引起各种误差。在此做以分析和修正,采用对称测量法以消除副效应。经过修正后的实验,更大程度地降低了实验误差,使K的测量更加接近真实值。【关键词】霍尔片载流子密度霍尔系数霍尔电压mathematica【引言】霍尔效应是霍尔于1879年发现的,这一效应在科学实验和工程技术中有着广泛的应用。霍尔系数的准确测量在应用中有着十分重要的意义。由于霍尔系数在测量过程中伴随着各种副效应,使得霍尔系数在测量过程中变得比较困难。因此我们在测量过程中采取了“对称测量法”消除副效应。【正文】 一、实验原理1霍尔效应: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而引起的偏转。当带电粒子被约束在固体材料中,这种偏转就导致在垂直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,即霍尔电场。图(1、a)所示的N型半导体试样,若在X方向的电极D、E上通以电流Is,在Z方向加磁场B,试样中载流子将受洛仑兹力:①其中e为载流子电量,为载流子在电流方向上的平均定向漂移速率,B为磁感应强度。无论载流子是正电荷还是负电荷,Fg的方向均沿Y方向,在此力的作用下,载流子发生便移,则在Y方向即试样A、A´电极两侧就开始聚积异号电荷而在试样A、A´两侧产生一个电位差VH,形成相应的附加电场E—霍尔电场,相应的电压VH称为霍尔电压,电极A、A´称为霍尔电极。(a)(b)图(1)原理图显然,该电场是阻止载流子继续向侧面偏移,试样中载流子将受一个与Fg方向相反的横向电场力:FE=eEH②其中EH为霍尔电场强度。FE随电荷积累增多而增大,当达到稳恒状态时,两个力平衡,即载流子所受的横向电场力eEH与洛仑兹力evB相等,样品两侧电荷的积累就达到平衡,故有③设试样的宽度为b,厚度为d,载流子浓度为n,则电流强度Is与的关系为④由(3)、(4)两式可得⑤即霍尔电压VH(A、A´电极之间的电压)与IsB乘积成正比与试样厚度d成反比。比例系数称为霍尔系数,它是反映材料霍尔效应强弱的重要参数。根据霍尔效应制作的元件称为霍尔元件。由式⑤可见,只要测出VH(伏)以及知道Is(安)、B(高斯)和d(厘米)可按下式计算RH(厘米3/库仑)。⑥霍尔元件就是利用上述霍尔效应制成的电磁转换元件,对于成品的霍尔元件,其RH和d已知,因此在实际应用中式⑤常以如下形式出现:VH=KHIsB⑦其中比例系数KH=称为霍尔元件灵敏度,它表示该器件在单位工作电流和单位磁感应强度下输出的霍尔电压。Is称为控制电流。2与霍尔系数有关的物理量测量:(或霍尔电压的正、负)判断试样的导电类型。判断的方法是按图(1)所示的Is和B的方向,若测得的VH=VAA'<0,(即点A的电位低于点A´的电位)则RH为负,样品属N型,反之则为P型。,。,求载流子的迁移率μ。电导率σ与载流子浓度n以及迁移率μ之间有如下关系:σ=neμ⑧由比例系数得,μ=|RH|σ,通过实验测出σ值即可求出μ。根据上述可知,要得到大的霍尔电压,关键是要选择霍尔系数大的材料。因|RH|=μρ,就金属导体而言,μ和ρ均很低,而不良导体ρ虽高,但μ极小,因而上述两种