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霍尔效应法测磁场

实验目的：
1．了解产生霍尔效应的物理过程。
2．学会应用霍尔效应测量磁场的原理和方法。
实验原理:
霍尔效应是1879年霍尔在研究载流导体在磁场中受力的性质时发现霍尔效应法测磁场

实验目的：
1．了解产生霍尔效应的物理过程。
2．学会应用霍尔效应测量磁场的原理和方法。
实验原理:
霍尔效应是1879年霍尔在研究载流导体在磁场中受力的性质时发现的。如图所示，一块长为-宽为血，厚为凶的矩形半导体薄片（N型，载流子是电子，带负电），沿Y方向加上一恒定工作电流』，沿X方向加上恒定磁场倉，就有洛仑兹力恳。
样品中形成了一个上正下负的霍尔电场应耳，根据
在卫、
1）
式中：已为运动电荷的电量；为电荷运动的速度，/启沿Z负方向。在洛仑兹力的作用下，样品中的电子偏离原流动方向而向样品下方运动，并聚积在样品下方。随着电子向下偏移，在样品上方会多出带正电的电荷（空穴）。这样，在
便有霍尔电压N。当岛7建立起来后，它又会给运动的电荷施加一个与洛仑兹力方向相反的电场力丟，其大小为珀二込。随着电子在百面继续积累，屜的电场力丘也逐渐增大，当两力大小相等（即办二几）时，霍尔电场对电子的作用力与洛仑兹力相互抵消，电子的积累达到动态平衡，貝、占间便形成
2）
一个稳定的霍尔电场应耳，则有:
(3)
2）
设N型半导体的载流子浓度为"，流过半导体样品的电流密度为
4）
5）
式中，$为半导体薄片的宽度；圧为半导体薄片的厚度，自为载流子的电量。
R„=—
将（5）式代入（3）式，并令就，可得
2）
2）
式中止耳称为霍尔系数，它是反应霍尔效应强弱的重要参量。在实际应用中（6）式常写成
7)
3=H
式中&称为霍尔元件的灵敏度，单位mV/（mA・T）或mV/（mA・kGS）；
1为霍尔元件的工作电流（单位mA）；吕为垂直于半导体薄片的磁感应强度（单
位T或kGS）。若疋却已测定，实验中测出样品的工作电流』和霍尔电压
利用（7）式便可测得磁感应强度吕，即
叽（8）
半导体材料有N型（电子型）和P型（空穴型）两种，前者载流子为电子，带负电；后者载流子为空穴，带正电。由原理图可以看出，若载流子为N型，则貝、点电位高于占点，^<0；若载流子为P型，贝U山点电位低于占点，
2）
^>0。可见，知道载流子的类型，可根据仪的正、负确定待测磁场的方向。
2）
同样，按原理图所示的［和£的方向，若测得的f即山、点电位高于占点，贝U*'耳为负值，样品为N型；反之，则为P型。
（8）式是在理想情况下才成立的。但在实际情况中，除霍尔效应外，还存在着其他因素引起的几种副效应。这些副效应所产生的电压总和有时甚至远大于霍尔电压，形成测量中的系统误差。实验分析表明，这些副效应有的与流过霍尔元件的工作电流方向有关，有的与加到霍尔片的磁场方向有关，在测量过程中只要按要求改变工作电流方向和磁场方向，就可以减少或消除这些副效应的影响。
设比、心、N、％为副效应产生的四个电压，它们的符号与磁场、电流
方向有关,在测量过程中分别改变电流』和磁场月的方向，就有：
+B+1：叭二N+比