文档介绍：实验八霍尔效应及其应用一、。“对称测量法”消除副效应的影响,测量试样的VH-IS和VH-IM曲线。、载流子浓度以及迁移率。二、实验原理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(电子或空穴)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。对于图1(a)所示的N型半导体试样,若在X方向通以电流Is,在Z方向加磁场B,试样中载流子(电子)将受洛仑兹力(1)则在Y方向即试样A、A´电极两侧就开始聚积异号电荷而产生相应的附加电场—霍尔电场。电场的指向取决于试样的导电类型。对N型试样,霍尔电场逆Y方向,P型试样则沿Y方向,有(a)(b)图(1)样品示意图显然,该电场是阻止载流子继续向侧面偏移,当载流子所受的横向电场力eEH与洛仑兹力相等时,样品两侧电荷的积累就达到平衡,故有(2)其中EH为霍尔电场,是载流子在电流方向上的平均漂移速度。设试样的宽为b,厚度为d,载流子浓度为n,则(3)由(2)、(3)两式可得(4)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,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)。(5)上式中的108是由于磁感应强度B用电磁单位(高斯)而其它各量均采用C、G、S实用单位而引入。(或霍尔电压的正、负)判断样品的导电类型判断的方法是按图一所示的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。。应该指出,这个关系式是假定所有的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3π/8的修正因子(可参阅黄昆、谢希德著半导体物理学)。,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=neμ(6)即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(即迁移率μ高、电阻率ρ亦较高)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,因而上述两种材料的霍尔系数都很小,不能用来制造霍尔器件。半导体μ高,ρ适中,是制造霍尔器件较理想的材料,由于电子的迁移率比空穴的迁移率大,所以霍尔器件都采用N型材料,其次霍尔电压的大小与材料的厚度成反比,因此薄膜型的霍尔器件的输出电压较片状要高得多。就霍尔器件而言,其厚度是一定的,所以实用上采用(7)来表示器件的灵敏度,KH称为霍尔灵敏度,单位为mV/(mAT)或mV/(mAKGS)。三、,在产生霍尔效应的同时,因伴随着多种副效应,以致实验测得的A、A′两电极之间的电压并不等于真实的VH值,而是包含着各种副效应引起的附加电压,因此必须设法消除。根据副效应产生的机理(参阅附录)可知,采用电流和磁场换向的对称测量法,基本上能够把副效应的影响从测量的结果中消除,具体的做法是Is和B(