《霍尔效应实验》课件.ppt

霍尔效应实验 淮阴师范学院物理实验教学中心 EdwinHall 1855 1938 霍尔效应是霍尔 Hall 24岁时在美国霍普金斯大学研究生期间 研究关于载流导体在磁场中的受力性质时发现的一种现象 一 实验目的 1 熟悉霍尔效应原理及霍尔元件有关参数的含义 2 测绘霍尔元件的 曲线 了解霍尔电势差与霍尔元件工作电流 磁感应强度B及励磁电流之间的关系 3 学习用 对称交换测量法 消除负效应产生的系统误差 二 实验仪器 三 实验原理 Y X Z d B 1 1 霍尔效应的解释 现研究一个长度为L 宽度为d的N型半导体材料制成的霍尔元件 当沿X方向通以电流后 载流子 对N型半导体是电子 e将以平均速度v沿与电流相反的方向运动 在磁感应强度为B的磁场中 电子将受到洛仑兹力的作用 其大小为 e z v 的方向可以由右手定则决定 在的作用下 电荷将在元件沿y的两端面堆积形成电场它会对载流子产生一静电力 其大小为 它的方向与洛仑兹力相反 即它是阻止电荷继续堆积 e V 当和达到静态平衡后 有即于是电荷堆积的两端面 Z方向 的电势差为通过的电流可表示为式中n是电子浓度 得 1 4 1 5 将代入可得 可改写为 就是霍尔系数 1 爱廷豪森效应 1887年爱廷豪森发现 由于载流子的速度服从统计分布 它们在磁场的作用下 速度大的受到的洛仑兹力大 绕大圆轨道运动 速度小则绕小圆轨道运动 这样导致霍尔元件的一端较另一端具有较多的能量而形成一个横向的温度梯度 因而产生温差效应 形成电势差 记为 的大小与正负符号与I B的大小和方向有关 跟与I B的关系相同 所以不能在测量中消除 2 伦斯脱效应 由图所示由于输入电流端引线a b点处的电阻不相等 通电后发热程度不同 使a和b两端之间出现热扩散电流 在磁场的作用下 在c e两端出现横向电场 由此产生附加电势差 记为 其方向与无关 只随磁场方向而变 1 2 3 4 a b c e 3 里纪 勒杜克效应 由于热扩散电流的载流子的迁移率不同 类似与爱廷豪森效应中载流子速度不同一样 也将形成一个横向的温度梯度 产生附加电势差 记为 其方向只与磁场方向有关 与同向 1 4 不等位电势差 不等电势差是由于霍尔元件的材料本身不均匀 以及电压输入端引线在制作时不可能绝对对称地焊接在霍尔片的两侧 如图所示 因此 当电流流过霍尔元件时 在电极3 4间也具有电势差 记为 其方向只随方向不同而改变 与磁场方向无关 3 c e 副效应的消除 根据以上副效应产生的机理和特点 除爱廷豪森副效应外 其余的都可利用异号测量法消除影响 因而需要分别改变和B的方向 测量四组不同的电势差 然后做适当数据处理 而得到 取 测得取 测得取 测得取 测得消去 和得因为 所以 四 实验内容 测量霍尔电压与励磁电流的关系 测量霍尔电压与工作电流的关系 3 根据测量计算霍尔元件的霍尔灵敏度 五 数据处理 1 计算霍尔元件零位电势和不等位电阻 2 绘出 曲线 验证线性关系 3 绘出曲线 验证线性关系的范围 分析当达到一定值以后 直线斜率变