霍尔效应实验磁阻测量

1、【实验名称】霍尔效应实验及磁阻丈量【实验目的】1）认识霍尔效应的产生原理以及副效应的产生原理；2）掌握霍尔系数的丈量方法，学习除去霍尔副效应的实验方法；3）研究半导体资料的电阻值随磁场的变化规律。【实验原理】霍尔效应霍尔最先的实验是这样的：在一块长方形的薄金属板两边的对称点1和2之间接一个敏捷电流计（如图所示），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2两点是等电位的。若在z方向加上磁场B，电流计指针立刻偏转，这说明1、2两点间产生了电位差。霍尔发现这个电位差与电流强度I及磁感觉强度B均成正比，与板的厚度d成反比，即此中UH为霍尔电压，RH为霍尔系数，HHK

2、Rd=为霍尔片的敏捷度。公式（）在当时是一个经验公式，此刻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且较长的半导体资料制成的霍尔片，如图所示。设控制电流I沿x轴正向流过半导体，假如半导体内的载流子电荷为e（正电荷，空穴型），均匀迁徙速度为v，则载流子在磁场中遇到洛仑兹力的作用，其大小为：fB=evB（）在fB的作用下，电荷将在元件的两边累积且形成一横向电场E，该电场对载流子产生一个方向和fB相反的静电场力fE，其大小为：fE=eE（）fE阻挡着电荷的进一步累积，最后达到均衡状态时有fB=f，即EevB=eE=eUH/b。于是1、2两点间的电位差为：U=vbB（）H控制电流

3、I与载流子电荷e、载流子浓度n、载流子漂移速度v及霍尔片的截面积bd之间的关系为I=nevbd，则UH=IB/ned（）和（）式对比较后能够看出，霍尔系数及霍尔片的敏捷度分别为R=1/ne（）HK=R/d（）HH若霍尔电压UH用V为单位，霍尔片的厚度d用m为单位，电流I用A为单位，磁感觉强度B用T为单位，则霍尔系数的单位是m3C（米3库仑）。【说明】：式（）和（）对大部分金属是建立的，但对霍尔系数比金属高得多的半导体资料来说，是不正确的。本次实验简化计算，A近似为1。磁电阻效应在必定条件下，导电资料的电阻值R随磁感觉强度B的变化规律称为磁电阻效应。此中正常磁电阻的应用十分广泛。锑化铟传感器是一

4、种正常磁电阻，有着十分重要的应用价值。在正常磁电阻状况下半导体内的载流子将受洛伦兹力的作用，发生偏转，在两头产生聚集电荷并形成霍尔电场。假如霍尔电场作用和某一速度的载流子遇到的洛伦兹力作用恰好抵消，那么小于或大干该速度的载流子将发生偏转。所以沿外加电场方向运动的载流子数量将减少，电阻增大，表现出横向磁电阻效应。如图所示，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)，(o)，磁场为B时电阻及电阻率分别为R(B)，(B)。往常以电阻率的相对改变量/(0)表示磁阻，=(B)-(0)，而R/R(0)/(0)，此中R=R

5、(B)-R(0)。理论计算和实验都证了然在磁场较弱时，一般正常磁阻器件的R/R(0)正比于B2，而强磁场条件下R/R(0)则为B的一次函数（如图曲线所示）。关于实验所用器件，B0.06T可看作弱磁场条件，B0.12T可看作强磁场条件。值得注意的是，R/R(0)与电流输入端C、D的状态（恒流或恒压）及A、B输出端是短路仍是开路相关，所以实验结果应注明工作条件。在实验中介绍C、D端恒流，A、B端短路的工作条件，因为此时R/R(0)最大。【实验内容】设计和安装实验电路，电路如右丈量霍尔片输出电压UH与输入电流I的关系曲线，要求电流源2.008.00mA，间隔1.00mA，每个丈量点应测4组数据。课后

6、画出UHI关系曲线，计算霍尔片的敏捷度KH和载流子浓度n。(*3)判断载流子的种类是空穴仍是电子。(*4)测定磁极空隙磁场的散布曲线。研究锑化铟磁阻器件的磁电阻效应（A、B端短路条件），本实验要求丈量磁电阻R/R(0)随磁场的变化规律，磁场电流IM：01000mA，间隔100mA。【数据办理】1：霍尔效应励磁电流IMmAB=128.1mT=500电压表示数（mV）电流表示数（mA）磁场B为正磁场B为负UH（mV）I正I负I正I负2.0051.8-51.9-48.448.350.103.0078.6-79.1-72.171.675.354.00104.6-106.3-95.794.6100.30

7、5.00130.4-133.3-119.2117.2125.036.00156.8-160.3-142.9139.2149.807.00181.1-186.9-166.5161.6174.038.00超量程超量程-189.2183.2不详作图以下：UH（mV）200.00180.00160.00140.00120.00100.0080.0060.0040.0020.000.00123456电流表示数（mA）此中斜率为24.79因为UH=KHIB=RHIB/d所以KH=UH/(I*B)=193.5/TRH=KH*d=2：励磁电流与磁感觉强度工作电流I=4.00mA磁场电流IM（mA）U1U2U2

8、U303.8-5.2-6.65.310024.6-25.9-15.714.720044.5-46.3-35.734.530064.8-66.0-55.554.840084.7-86.0-76.175.1500105.0-106.4-95.594.8600124.6-126.0-115.5115.2700144.5-146.1-135.4134.8800163.5-165.0-154.7154.63：磁电阻效应（A、B短路）ICD=1.40mA磁场电流IM（mA）U/vBR=RB-R(0)磁电阻R/R(0)00.6574500.66341000.67601500.69732000.72622500.75903000.79654000.86985000.9160600