实验二十二霍尔效应测量磁场.docx

云南大学物理实验教学中心实验报告课程名称:普通物理实验实验项目:实验二十二用霍耳元件测磁场 学生姓名:马晓娇学号:物理科学技术学院物理系2013级天文菁英班专业成绩指导老师:何俊试验时间:2015年9月17日13时00分至18时00分实验地点:物理科学技术学院实验类型:教学(演示□验证□综合□设计□)学生科研□课外开放□测试□其它□一、。。,掌握测量半导体材料的霍耳系数和测量电磁铁磁感应强度的实验方法。二、,垂直于电流和磁场的方向会产生一附加电场,从而在导体的两端产生电势差,这一现象就是霍尔效应,这个电势差也被称为霍尔电势差。在半导体上外加与电流方向垂直的磁场,会使得半导体中的电子与空穴受到不同方向的洛伦兹力而在不同方向上聚集,在聚集起来的电子与空穴(在固体物理学中指共价键上流失一个电子,最后在共价键上留下空位的现象。即共价键中的一些价电子由于热运动获得一些能量,从而摆脱共价键的约束成为自由电子,同时在共价键上留下空位,我们称这些空位为空穴)之间会产生电场,电场强度与洛伦兹力产生平衡之后,不再聚集,此时电场将会使后来的电子和空穴受到电场力的作用而平衡掉磁场对其产生的洛伦兹力,使得后来的电子和空穴能顺利通过不会偏移,这个现象称为霍尔效应。而产生的内建电压称为霍尔电压。具体解释:将霍耳元件放入磁场中,由霍耳效应现象,可以得到霍耳电压VH与磁感应强度B、工作电流Ix以及霍耳元件灵敏度KH之间的关系:(4-18-2)式中,,其中为霍耳系数,d为霍耳元件的厚度,n为载流子的浓度,e为电子电荷。若用电场强度表示,则在Y方向有(4-18-3)式中,jx为x方向电流密度。霍耳元件一般为矩形薄片,为了克服短路效应,要求长与宽之比大于2。霍耳元件可以制成六电极薄片,如图4-18-5所示。薄片长为b,宽为2a,厚度为d;图中A、B、C、D为电位电极;F、E为电流电极。在X方向(F、E极之间)通工作电流Ix,则电流密度为,若图4-18-5霍耳元件2aABBCDEFLABLCDbdIx测出电位差VBA或VDC,根据欧姆定律j=σE,E为电场强度,可以计算出电导率σ:(4-18-4)分别测量电位差VBA和VDC,则(4-18-5)(4-18-6)取平均值,得(4-18-7)测量电位差VBD,并利用式子(4-18-3),得(4-18-8)式中,VBD即为霍耳电压。Ix、B、d为已知量,测出霍耳电压VBD,则可以计算出霍耳系数RH。根据RH可以进一步确定以下参数:⑴由RH的符号(或霍耳电压VH的正负)判断霍耳元件的导电类型。按图4-18-4所示的Ix和B的方向,若测得的VH<0(D点的电位低于B点的电位),则VH为负,霍耳元件属于N型,反之为P形。⑵由RH求载流子浓度n,即。应该指出,这个关系式是假定所有载流子都具有相同的漂移速度得到的。若考虑载流子的速度统计分布,需引入修正因子。XYZ1234IB图4-18-6⑶结合电导率σ的测量,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(4-18-9)既,测出σ值,即可求得μ。,实际情况要复杂的多,产生上述霍耳效应的