霍尔效应实验及磁阻测量样稿.docx

【试验名称】
霍尔效应试验及磁阻测量
【试验目标】
（1）了解霍尔效应产生原理和副效应产生原理；
（2）掌握霍尔系数测量方法，学习消除霍尔副效应试验方法；
（3）研究半导体材料电阻值随磁场改变规律。
【试验原理】
Ⅰ霍尔效应
霍尔最初试验是这么：在一块长方形薄金属板两边对称点 1 和2之间接一个灵敏电流计（图 所表示），沿 x轴正方向通以电流 I。若在 z 方向不加磁场，电流计不显示任何偏转，这说明1和2 两点是等电位。若在z方向加上磁场 B，电流计指针立即偏转，这说明1、2 两点间产生了电位差。霍尔发觉这个电位差和电流强度I及磁感应强度 B 均成正比，和板厚度d 成反比，即
其中 UH为霍尔电压，RH为霍尔系数， HH K Rd = 为霍尔片灵敏度。
公式（）在当初是一个经验公式，现在能够用洛仑兹力来加以说明。试考虑一块厚度为 d、宽度为 b、长度为 l 且较长半导体材料制成霍尔片，图 。设控制电流 I 沿 x轴正向流过半导体，假如半导体内载流子电荷为 e（正电荷，空穴型），平均迁移速度为 v，则载流子在磁场中受到洛仑兹力作用，其大小为：
fB=evB （）
在 fB作用下，电荷将在元件两边积累且形成一横向电场E，该电场对载流子产生一个方向和 fB相反静电场力 fE，其大小为：
fE=eE （）
fE阻碍着电荷深入积累，最终达成平衡状态时有fB = fE，即evB=eE=eUH/b。于是 1、2 两点间电位差为：
UH=vbB （）
控制电流I和载流子电荷e、载流子浓度n、载流子漂移速度v及霍尔片截面积bd之间关系为
I=nevbd，则
UH=IB/ned （）
和（）式相比较后能够看出，霍尔系数及霍尔片灵敏度分别为
RH=1/ne （）
KH=RH/d （）
若霍尔电压UH用V为单位，霍尔片厚度d用 m为单位，电流I用A为单位，磁感应强度B用T为单位，则霍尔系数单位是m3／C（米3／库仑）。
【说明】：式（）和（）对大多数金属是成立，但对霍尔系数比金属高得多半导体材料来说，是不正确。
此次试验简化计算，A近似为1。
Ⅱ磁电阻效应
在一定条件下，导电材料电阻值R随磁感应强度B改变规律称为磁电阻效应。其中正常磁电阻应用十分普遍。锑化铟传感器是一个正常磁电阻，有着十分关键应用价值。在正常磁电阻情况下半导体内载流子将受洛伦兹力作用，发生偏转，在两端产生积聚电荷并形成霍尔电场。假如霍尔电场作用和某一速度载流子受到洛伦兹力作用刚好抵消，那么小于或大干该速度载流子将发生偏转。所以沿外加电场方向运动载流子数目将降低，电阻增大，表现出横向磁电阻效应。，假如将A、B端短接，则霍尔电场将不存在，全部电子将向A端偏转，也表现出磁电阻效应。 设磁阻器件在零磁场时电阻及电阻率分别为R(0)，ρ(o)，磁场为B时电阻及电阻率分别为R(B)，ρ(B)。通常以电阻率相对改变量Δρ/ρ(0)表示磁阻，Δ