文档介绍：课程编号.
得分
教师签名
批改日期
深圳大学实验报告
课程名称： 大学物理实验（2）
实验名称： 实验1霍尔效应及其应用
学院： 机电与控制工程学院
专业：机械制造及其自动化 班级: 机械02班
组号： 20 才旨导教师：马永健龚志瑞
报告人：俞诗强 学号：2013110357
实验地点
实验时间：2014年10月13日星期一
实验报告提交时间:
—、实验目的
掌握霍耳效应的原理；
学****用霍尔器件测量磁场分布；
学****用“对称测量法”消除副效应的影响
二、实验原理：
用霍尔器件测量磁场的工作原理
如下图所示，一块切成矩形的半导体薄片长为/、宽为方、厚为d ,置于磁场中。磁场B 垂直于薄片平面。若沿着薄片长的方向有电流1通过，则在侧面A和B间产生电位差
* =匕-*。此电位差称为霍尔电压。
半导体片中的电子都处于一定的能带之中，但能参与导电的只是导带中的电子和价带中 的空穴，它们被称为载流子。对于N型半导体片来说，多数载流子为电子；在P型半导体中， 多数载流子被称为空穴。再研究半导体的特性时，有事可以忽略少数载流子的影响。
霍尔效应是由运动电荷在磁场中收到洛仑兹力的作用而产生的。以N型半导体构成的霍 尔元件为例，多数载流子为电子，设电子的运动速度为V,则它在磁场中收到的磁场力即洛 仑兹力为
Fm = -ev x B
F的方向垂直于v和B构成的平面，并遵守右手螺旋法则，上式表明洛仑兹力F的方向与 电荷的正负有关。
自由电子在磁场作用下发生定向便宜，薄片两侧面分别出现了正负电荷的积聚，以两个 侧面有了电位差。同时，由于两侧面之间的电位差的存在，由此而产生静电场，若其电场强 度为则电子又受到一个静电力作用，其大小为
Fe =eE,
电子所受的静电力与洛仑兹力相反。当两个力的大小相等时，达到一种平衡即霍尔电势 不再变化，电子也不再偏转，此时，
Ex = BV
两个侧面的电位差
戏=
由I = nevbd及以上两式得
VH =[l/（ned）]IB
其中：n为单位体积内的电子数；e为电子电量；d为薄片厚度。
令霍尔器件灵敏度系数 VH -Is
则 VH =KhIB
若常数Kh已知，并测定了霍尔电动势*和电流/就可由上式求出磁感应强度B的大 小。
上式是在理想情况下得到的，实际测量半导体薄片良策得到的不只是*,还包括电热 现象（爱廷豪森效应）和温差电现象（能斯特效应和里纪勒杜克效应）而产生的附加电势。 另外，由于霍尔元件材料本身不均匀，霍尔电极位置不对称，即使不存在磁场的情况下（如 下图所示），当有电流/通过霍尔片时，P、Q两极也会处在不同的等位面上。因此霍尔元件 存在着由于P、Q电位不相等而附加的电势，称之为不等电位差或零位误差。而这种不等电位 差与其他附加电势相比较为突出。
霍尔元件的有关参数
（1）迁移率“
在低电场下载流子的平均漂移速度v与电场强度E成正比，比例常数定义为载流子的漂 移率，简称迁移率，以“表示：
v = jUE
在一般情况下，由电场作用产生的载流子的定向漂移运动形成的电流密度J与电场强度 E成正比，比例常数定义为电阻率电阻率的倒数称为电导率＜7。
E = pj
电导率与载流子的浓度以及迁移率之间有如下关系：
（J = nefl
即/Ll = KH（jd，测出（7值即可求
由《丑的符号(或霍尔电压的正负)判断样品的导电类型
判别方法是按霍尔工作原理图所示的/与B的方向，若测得* <0 (即A'的电位低于A 的电位)，则Kh为负，样品属于N型，反之则为P型。
由K"求载流子的浓度n
n = l/(KHed).应该之处，这个关系是假设所有在载流子都具有相同的漂移速度得到的。
严格一点，考虑到载流子的速度统计分布，需引入3刀/8的修正因子。
(b)
在■坡管鞘上的磁场
长直螺线管
(载流导线在空间谋得点
磁感应强度3 =改|•竺T和磁场的迭加原理，可求得通有电流的长直螺线管轴线上某点 J r
的磁感应强度为
B = —/z0n/(cos 艮- cos /32)
当螺线管半径远小于其长度时，螺线管可看作无限长的，对于管的中部，则上式中
”[=0 , &2=兀，则得B =以0泣o
若在螺线管的一端，则
B a-//onZ
式中：% = 4兀X'QT1 NI醇；n为螺线管单位长度的匝数；/的单位为安培，则磁感应
强度B的单位为T (特斯拉，即N-(A-mYl\
.三、实验仪器：
TH-H型霍尔效应实验组合仪等。
实验装置简介：
TH-H型霍尔效应实验组合仪由实验仪和测试仪两大部分组