实验七霍尔效应

1、大学物理实验(郑州大学实验七 霍尔效应一、 实验目的与要求1.了解产生霍尔效应的物理过程及其测量磁场的原理和方法; 2.验证霍尔电流与霍尔电压的线性关系; 3.测定励磁电流与霍尔电压线性关系的范围 .二、 实验仪器和用具LH-A 型霍尔效应实验仪器一台、 HF-CF 型测试仪一台、导线若干 .三、 实验原理及内容和方法1. 实验原理:霍尔效应从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受洛伦磁力的作用 引起的偏转。将半导体置于图 1所示的电场中。半导体长度为 l ,宽度为 b ,厚度为 d ,外磁场 B u r 沿 z 轴方向,若半导体中通有电流 I ,沿 x 轴方 向, 垂直于 B u r , 则现在

2、 B u r 和 I 方向, 即沿 y 方向, 出现一个横向电位差 HU , 这一现象称霍尔效应,其横向电压 HU 称霍尔电压 . 设有横向均匀磁场 B u r作用在一束以速度为 v v 的电子流上, 运动电荷受 到洛伦磁力为: ( f e v B =×u r r u r. (1其方向沿 y 轴负方向,造成电子流发生偏转,被推向半导体的下侧(M 面 ,在 M 上形成负电荷积累,而相对上侧(N 面形成正电荷积累, 使 M,N 面之间建立了电场 H E ,其方向沿 y 轴方向,两侧的霍尔电压 H H U E b =;电子在霍尔电场 H E 中受到一个静电场力:H E f eE =u v.

3、 (2沿 y 轴正方向,它将阻碍电子相 M 面积聚。随着电荷的增加,电场不断增强,直到 E B f f =u r u v达到平衡,这时候有:HHU evB eE e b=H U vBb =. (3设半导体薄片中电子浓度为 n ,则有:S I nevbd =所以霍尔电压为:1H H s S H S R U I B I B K I B=. (4它取决于材料的性质, 是反映材料霍尔效 应的重要参数可以知道 /( H H S R d U I B =××它取决于 材料性 质和 几何尺 寸,对 于霍尔 片来说 是个 常数, 单位为/( mV mA T .对于选定的霍尔片, 保持通过它的

4、工作电流 S I 值不变, 霍尔电压 H U 与被测的电磁感应强度 B 成正比:HH SU B K I =. (5 2. 实验内容和方法(1 测绘 H S U I 曲线,保持 500.0M I mA =不变,调节霍尔元件位置使电 压表值最大,调节 1.002.0010.0S I mA =L 、 并依次改变励磁电流 M I 和霍尔 电流 S I 的方向,将霍尔电压记录在表中。(2 测绘 H M U I 曲线,保持 5.0S I mA =不变,调节霍尔元件位置使电压 表值最大,调节 1002001000M I mA =L 、 并依次改变励磁电流 M I 和霍尔电 流 S I 的方向,将霍尔电压记录

5、在表中。四、误差来源及分析1. 误差来源:(1电热和温差带来的附加电压。 (2由于霍尔片表面 不均匀,使电极位置不匀称,造成不等势电压。2. 分析:采用换测法消除不等势电压。取电流和磁场的四种状态分别测 电 压 得 1234, , , U U U U 。 求 这 四 个 电 压 绝 对 值 的 平 均 值 即 :1234|4U U U U +.五、数据处理分析及结果1.测绘 H S U I 曲线,保持 500.0M I mA =不变,在表格中记录霍尔电压。( S I mA1( U mV2( U mV 3( U mV 4( U mV( H U mV, S B I +, S B I + , S B

6、 I + , S B I 1.00 9.5 -9.5 8.7 8.7 9.1 2.00 19.0 -8.7 -17.4 17.4 18.2 3.00 28.5 -28.4 -26.1 26.1 27.275 4.00 37.9 -37.8 34.7 34.8 33.8 5.00 47.4 -47.3 -43.4 43.5 45.4 6.00 56.9 -56.8 -52.0 52.2 54.475 7.00 66.4 -66.3 -60.7 60.8 63.55 8.00 75.8 -75.6 -69.1 69.4 71.225 9.00 85.2 -85.0 -84.9 78.1 83.3

7、10.084.8-94.6-86.586.790.65用最小二乘法可知 9.13770.5600H SU I= 关联系数 9.1377r = 2.测绘 H M U I 曲线,保持 5.0S I mA =不变,在表格中记录霍尔电压。( M I mA1( U mV2( U mV3( U mV4( U mV( H U mV, S B I +, S B I + , S B I + , S B I 100.0 11.1 -11.1 -7.1 7.1 9.1 200.0 20.1 -20.0 -16.2 16.2 18.125 300.0 28.9 -28.8 -24.8 24.9 26.85 400.0 38.2 -38.1 -34.1 34.2 36.15 500.0 47.1 -47.0 -43.0 43.1 40.05 600.0 56.7 -56.6 -52.6 52.7 54.65 700.0 65.6 -65.5 -61.4 61.5 63.5 800.0 74.8 -74.8 -70.6 -