霍尔效应实验报告

来源:m.fanwen118.com时间:2021.9.20

霍耳效应实验报告

学号:200702050940 实验人:张学林 同组人: 杨天海

实验目的:

1、 观察霍耳效应;

2、 了解应用霍耳效应进行简单的相关测量的方法 实验内容:

实验原理:

一、关于霍耳效应

如图一所示。当电流通过一块导体或半导体制

B y z

1、确定样品导电类型;

2、测算霍耳系数、载流子浓度、霍耳灵敏度; 3、测算长螺线管轴线上的磁场分布。

成的薄片时,载流子会发生漂移。

而将这种通有电流的薄片置于磁场中,并使薄

片平面垂直于磁场方向。根据图一中的电流方向,并结合右手定则,我们可以看到:(1)无论导体中的载流子带正电荷还是负电荷,其受力均为Fm方向;(2)载流子均会沿X轴方向运动,并最终靠在A端。于是:(1)当载流子为正电荷时薄板A端带正电荷,导致板A端电势高于B端;(2)当载流子为负电荷时薄板A端带负电荷,导致板B端电势高于A端。

这就是霍耳效应。

二、关于霍耳效应性质的研究

如图一,关于霍耳效应的相关参量已如图所

(a

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(b

示。

其中载流子所受的磁场力

Fm?qvB

(图一)

(1)

载流子所受的电场力

Fe?qE

(2)

当其所受磁场力与电场力受力平衡时:

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1

有关系, 且有, Fe?Fm UH?EHa?vBa

I(n为载流子浓度) nqab (3) (4)

我们又知道,v?(5) 于是,由(1)~(3)可知 EH?IB nqab

(6) 再结合(4)式可得 UH?IB1?()IB nqbnqb

(7) 令 RH?1 nq

BI b (8) 为霍耳系数,并代入(7)式可得 UH?RH (9) 那么,霍耳系数又可表示为 RH?

即, UHb IB (10) RH?UHb1? IBnq (11)

三、关于霍耳效应的应用

1、利用霍耳效应确定导体的类型

由(11)式可得,导体横向电势差与导体中载流子类型有关:当UH为正时载流子为电子,导体为P型半导体;反之,载流子为空穴,导体为N型半导体。

2、利用霍耳效应计算霍耳系数 根据(9)式,可以固定B、b,改变I得到UH,多测几组U—I值。然后根据几组U—I值在直角坐标系中描点,可根据拟合出来的直线的斜率求出霍耳系数。

3、 霍耳灵敏度的计算

若将(7)式中的括号以内的项定义为霍耳灵敏度,即令Kn?算出来,霍耳灵敏度也就计算出来了。

4、利用霍耳效应计算载流子浓度

由(7)、(11)式可得n?1?RHb。于是,(二、2)中的霍耳系数计nqb1。 RHq

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于是,载流子浓度的计算可以利用(二、2)中计算出来的霍耳系数来得到 5、利用霍耳效应测定长螺线管轴线上的磁场分布 由于Kn?

U1

,并结合(7)式可得B?H。当KH确定时,我们可以通过测量对应的UH—I值来测算相nqbKHI

应的磁场强度B的值。

实验步骤:

HI

图二

一、确定导体类型

1、依图二连接电路;

2、调节恒流电源HI,使电流为10mA; 3、观察电压表所指示的电压的极性,记录

I0

并判断霍耳片的

导电类型。

二、测霍耳片对应的U—I值

1、调节HI,记录恒定电流值的大小,读出

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电 压表的示数并记录;

HI0

图三

2、调节HI,改变恒定电流值大小7次,重 复 上述测量并记录。形成8组数据。

三、测长螺线管轴线上的磁场分布 1、测量螺线管全长l并记录数据;

2、移动附有霍耳片的标尺,使图二中的霍耳片伸入图三中的螺线管中的X(如图四所示)处,读数并记录X的大小;

3、闭合开关S0、S1、S2于某一端,使图二与图三所示电路中的电流均沿各图所示方 向; 4、调节HI0与HI得恒定电流值IM=0.2A、IS=2.00mA; 5、读出图二电路中电压表与电流表的读数并记录入表; 6、改变IM、IS的方向三次,形成四组数据并记录;

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3

图四

7、移动附有霍耳片的标尺,改变霍耳片的位置11次,重复上述测量并记录数据。形成12组数据。

注意事项:

实验数据的记录:

霍耳片对应U—I值

表一

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螺线管电磁感应强度

表二 IM IS1、注意(一、2,二、2,三、4)步中调节电流时,不要超过霍耳片的额定电流值; 2、注意表上的接线柱及开关S0、S1、S2不要弄错;

3、在实验步骤(三、6)中在磁场变化大的地方要多选几个点。 4、为了防止电磁铁过热,数据记录时,要断开开关S0。

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数据处理

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5

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由上面数据作图对表一数据处理IM(mA)=0.6 做出UH?IS曲线

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有表一IS不变时(IS(mA)=10) 可作出VH?

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IM

根据表二 作出B

B—x曲线

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1.5

1

0.5

实验结论:

(1) 载流子为电子霍尔系数为负,则UH?0,反之载流子为空穴(正电荷),霍尔系数为正UH?0,根据霍

尔系数RH的正负,可以判别导体导电类型,N型样品RH﹤0,P型样品RH﹥0

(2) 霍尔电势差U与载流子浓度n成正比,材料的载流子浓度n越大,霍尔电势差越小。

(3) 在测量霍尔电势差时,不可避免产生一些负效应,如部件发热等,形成测量中的系统误差

(4) 在一定范围内铜一组实验n,RH,KH

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第二篇:霍尔效应实验报告22 1600字

中央民族大学实验报告

课程名称: 普通物理

实验名称: 霍尔效应

学 院: 理学院

专 业: 信息与计算科学

报告人: 缪崯森 学号:0932102班级: 信息与计算科学(3)

实验时间: 20xx/9/23

一、实验目的与要求

1. 了解产生霍尔效应的物理过程及其测量磁场的原理和方法; 2. 验证霍尔电流与霍尔电压的线性关系; 3. 测定励磁电流与霍尔电压线性关系的范围.

二、实验仪器和用具

LH-A型霍尔效应实验仪器一台、HF-CF型测试仪一台、导线若干.

三、实验原理及内容和方法

1. 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伦磁力的作用引起的偏

d,外转。将半导体置于图1所示的电场中。半导体长度为l,宽度为b,厚度为??????

磁场B沿z轴方向,若半导体中通有电流I,沿x轴方向,垂直于B,则现在B和I方向,即沿y方向,出现一个横向电位差UH,这一现象称霍尔效应,其横向电压UH称霍尔电压. ???

设有横向均匀磁场B作用在一束以速度为v的电子流上,运动电荷受到洛伦磁力为: ?????

f??e(v?B)………………………………………………………... (1)

其方向沿y轴负方向,造成电子流发生偏转,被推向半导体的下侧(M面),在M上形成负电荷积累,而相对上侧(N面)形成正电荷积累,使M,N面之间建立了电场EH,其方向沿y轴方向,两侧的霍尔电压UH?EHb;

电子在霍尔电场EH中受到一个静电场力:

??

fE??eEH………………………………………………………….. (2)

沿y轴正方向,它将阻碍电子相M面积聚。随着电荷的增加,电场不断增强,直

????

到fE??fB达到平衡,这时候有:

U

evB?eEH?eH

b

UH?vBb………………………………………………………..….. (3) 设半导体薄片中电子浓度为n,则有:IS?nevbd 所以霍尔电压为: UH?R1

IsB?HISB?KHISB

………………………...…….. (4) d

它取决于材料的性质,是反映材料霍尔效应的重要参数可以知道RH

?d?UH/(IS?B)它取决于材料

性质和几何尺寸,对于霍尔片来说是个常数,单位为mV/(mA?T).

对于选定的霍尔片,保持通过它的工作电流IS值不变,霍尔电压UH与被测的电磁感应强度B成正比:

B=

UH

………………………………………………………......... (5) KHIS

2. 实验内容和方法

(1) 测绘UH?IS曲线,保持IM?500.0mA不变,调节霍尔元件位置使电压表值最大,调节IS?1.00、2.00?10.0mA并依次改变励磁电流IM和霍尔电流IS的方向,将霍尔电压记录在表中。

(2) 测绘UH?IM曲线,保持IS?5.0mA不变,调节霍尔元件位置使电压表值最大,调节IM?100、将霍200?1000mA并依次改变励磁电流IM和霍尔电流IS的方向,

尔电压记录在表中。

四、误差来源及分析

1. 误差来源:(1)电热和温差带来的附加电压。(2)由于霍尔片表面不均匀,使电极位置不匀称,造成不等势电压。

2. 分析:采用换测法消除不等势电压。取电流和磁场的四种状态分别测电压得

|U|?|U2|?|U3|?|U4|

U1,U2,U3,U4。求这四个电压绝对值的平均值即:14.

五、数据处理分析及结果

1.测绘UH?IS曲线,保持IM?500.0mA不变,在表格中记录霍尔电压。

用最小二乘法可知UH?9.1377IS?0.5600 关联系数r?9.1377

2.测绘UH?IM曲线,保持IS?5.0mA不变,在表格中记录霍尔电压。

用最小二乘法可知UH?0.0909IM?0.8017 关联系数r?0.0909

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