霍尔效应法测量螺线管磁场分布.doc

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IH＝Рqvωd，
霍尔效应法测量螺线管磁场分布
1879年美国霍普金斯大学研究生霍尔在研究载流导体在磁场中受力性质时发现了一种
电磁现象，此现象称为霍尔效应，半个多世纪以后，人们发现半导体也有霍尔效应，而且
半导体霍尔效应比金属强得多。近
30多年来，由高电子迁移率的半导体制成的霍尔传感器
已广泛用于磁场测量和半导体材料的研究。用于制作霍尔传感器的材料有多种
:单晶半导体
材料有锗，硅；化合物半导体有锑化铟，砷化铟和砷化镓等。在科学技术发展中，磁的应
用越来越被人们重视。目前霍尔传感器典型的应用有：磁感应强度测量仪
(又称特斯拉
计)，霍尔位置检测器，无接点开关，霍尔转速测定仪，
100A-2000A大电流测量仪，电功
率测量仪等。在电流体中的霍尔效应也是目前在研究中的“磁流体发电”的理论基础。近
年来，霍尔效应实验不断有新发现。
1980
年德国冯·克利青教授在低温和强磁场下发现了
量子霍尔效应，这是近年来凝聚态物理领域最重要发现之一。目前对量子霍尔效应正在进
行更深入研究，并取得了重要应用。例如用于确定电阻的自然基准，可以极为精确地测定
光谱精细结构常数等。
通过本实验学会消除霍尔元件副效应的实验测量方法，用霍尔传感器测量通电螺线管
内激励电流与霍尔输出电压之间关系，证明霍尔电势差与螺线管内磁感应强度成正比；了
解和熟悉霍尔效应重要物理规律
,证明霍尔电势差与霍尔电流成正比；用通电长直通电螺线
管轴线上磁感应强度的理论计算值作为标准值来校准或测定霍尔传感器的灵敏度，熟悉霍
尔传感器的特性和应用；用该霍尔传感器测量通电螺线管内的磁感应强度与螺线管轴线位
置刻度之间的关系，作磁感应强度与位置刻线的关系图，学会用霍尔元件测量磁感应强度
的方法.
实验原理
1．霍尔效应
霍尔元件的作用如图1

流过厚度为d的半导体薄片，且磁场
B垂直作用
于该半导体,则电子流方向由于洛伦茨力作用而发生改变，该现象称为霍尔效应，在薄片两
个横向面a、b之间与电流I，磁场B垂直方向产生的电势差称为霍尔电势差.
霍尔电势差是这样产生的：当电流
IH通过霍尔元件（假设为
P型）时，空穴有一定的
漂移速度v，垂直磁场对运动电荷产生一个洛仑兹力
FB
q(v
B)
（1）
式中q为电子电荷，洛仑兹力使电荷产生横向的偏转，由于样品有边界，所以偏转的载流
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子将在边界积累起来，产生一个横向电场
E，直到电场对载流子的作用力
F＝qE与磁场作
E
用的洛仑兹力相抵消为止，即
q(v
B)
qE
（2）
这时电荷在样品中流动时不