大学物理实验报告系列之霍尔效应

1、大学物理实验报告【实验名称】霍尔效应【实验目的 】1了解霍尔效应实验原理以及有关霍尔器件对材料要求的知识。2学习用“对称测量法”消除付效应的影响，测量试样的vh is；和 vh im曲线。3确定试样的导电类型、载流子浓度以及迁移率。【实验仪器 】霍尔效应实验仪【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仑兹力作用而引起的偏转。当带电粒子 (电子或空穴 )被约束在固体材料中， 这种偏转就导致在垂直电流和磁场的方向上产生正负电荷的聚积，从而形成附加的横向电场，即霍尔电场。对于图 1（ a）所示的 n 型半导体试样，若在 x 方向通以电流 1s，在 z 方向加磁场 b，试样中载流子（

2、电子）将受洛仑兹力fb = ev b（ 1）则在 y 方向即试样a、 a 电极两侧就开始聚积异号电荷而产生相应的附加电场一霍尔电场。电场的指向取决于试样的导电类型。对n 型试样，霍尔电场逆y 方向， p型试样则沿 y方向，有：is (x)、 b (z)e (y) 0(p 型)h显然，该电场是阻止载流子继续向侧面偏移，当载流子所受的横向电场力eeh 与洛仑兹力 evb相等时，样品两侧电荷的积累就达到平衡，故有eeh=evb（ 2）其中 eh 为霍尔电场， v 是载流子在电流方向上的平均漂移速度。设试样的宽为 b ，厚度为 d ，载流子浓度为n ，则is nevbd（ 3）由（ 2 ）、（ 3）两

3、式可得vh eh b1i s bi s b（ 4）rhnedd即霍尔电压 vh （ a 、 a 电极之间的电压）与isb 乘积成正比与试样厚度成反比。1称为霍尔系数，它是反映材料霍尔效应强弱的重要参数，比例系数 rhnerhvh d810isb1、由 rh 的符号 (或霍尔电压的正、负)判断样品的导电类型判断的方法是按图一所示的is 和 b 的方向， 若测得的 vhaa= v 触 f 0，(即点 a的电位低于点a的电位 ) 则 rh 为负，样品属n 型，反之则为p 型。2、由 rh 求载流子浓度 n即 n1。应该指出，这个关系式是假定所有的载流子都具有相同的漂移rh e速度得到的，严格一点，考

4、虑载流子的速度统计分布，需引入3的修正因子（可参8阅黄昆、谢希德著半导体物理学）。3、结合电导率的测量，求载流子的迁移率。电导率与载流子浓度 n 以及迁移率之间有如下关系：ne（ 6）即rh ，通过实验测出值即可求出。根据上述可知， 要得到大的霍尔电压，关键是要选择霍尔系数大（即迁移率高、电阻率亦较高）的材料。因rh，就金属导体而言，和均很低，而不良导体虽高，但极小，1k hned（ 7）来表示器件的灵敏度，k h 称为霍尔灵敏度【实验内容 】1、测绘 vh -is 曲线。将实验仪的“vh 、v”切换开关投向vh 侧，测试仪的“功.能切换”置i mi mvhsvh。保持值不变（取=0.6a）

5、,测绘曲线，-i2、测绘 vh - i m 曲线。实验仪及测试仪各开关位置同上。保 持is 值 不 变（ is=3.00ma） ,测绘 vh - i m 曲线，3、测量v 值将“ vh 、 v ”切换开关投向v侧，测试仪的“功能切换”置v 。在零磁场下，取 i s =2.00ma，测量 v 。注意： is 取值不要过大，以免v太大，毫伏表超量程（此时首数码显示为1，后三位数码熄灭）。4、确定样品的导电类型将实验仪三组双刀开关均投向上方，即 is 沿 x 方向， b 沿 z 方向，毫伏表测量电压为 vaa， 。取 is=2ma，im = 0.6a，测量 vh 大小及极性，判断样品导电类型。5 、

6、求样品的rh、 n、和值。【数据表格与数据记录 】i s (ma) v1 (mv)v2 ( mv)v3 (mv)v4( mv)v1 v2v3v4(mv)vr4i s . bi s . bi s . bi s . b1.004.094.024.024.110.041.506.156.036.066.180.06.2.008.218.38.048.200.0852.5010.2510.0610.0410.270.1053.0012.3312.0512.0512.290.1304.0016.3916.0716.0916.410.160v167.1mvd 0.5mml3mmb 5mmb3.64kgs

7、/ a0.364t由公式vh d8 0.040.5 10 483rhi s b103640100.0549cm/c1由公式11ni m ( ma) v1 (mv)v2 (mv)v3 (mv)v4(mv)v1 v2 v3 v4 (mv)rh e0.05491.610vhi s . bi s . bi s . bi s . b4i sl32由公式10v s167.1 50.519 8.8 10 173143.63 西门子 / 米0.3004.184.023.954.180.0975由公式rh0.0549 143.63 7.890.4005.525.375.305.490.0850.5006.846.686.676.840.0825【小结与讨论】0.6008.198.048.038.210.0825(1)了解了霍尔效应实验原理以及有关霍尔器件丢材料的要求的知识，了解到一些物0.7009.559.049.389.550.170理量比如说霍尔系数，迁移率，电导率霍尔灵敏度等0.80010.9010.7510.7410.920.0825(2)如何判别