物理实验1 霍尔效应原理实验报告

物理实验

霍尔效应实验报告

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

db，厚度为 B沿z轴方向，若半导体中通有电流I，沿x轴方 ，外磁场

向，垂直于B，则现在B和I方向，即沿y方向，出现一个横向电位差U，这一现象称霍尔效应，其横向电压U称霍尔电压 .

设有横向均匀磁场B作用在一束以速度为v的电子流上，运动电荷受到洛伦磁力为：

f e(v B)…………………………………………………

……... (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EH，其方向沿y轴方向，两侧的霍尔电压UH EHb；

H

H

电子在霍尔电场EH中受到一个静电场力：

fE eEH……………………………………………………

…….. (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fE fB达到平衡，这时候有：

U

evB eEH eH

b

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UH vBb………………………………………………………..….. (3) 设半导体薄片中电子浓度为n，则有：IS nevbd

所以霍尔电压为：

R1

UH IsB HISB KHISB

………………………...…….. (4)

应的重要参数可以知道RH

d UH/(IS B)mV/(mA T).

对于选定的霍尔片，保持通过它的工作电流IS值不变，霍尔电压UH与被测的电磁感应强度B成正比：

B＝

UH

KHIS

……………………………………………………….........

(5)

2. 实验内容和方法

(1) 测绘UH IS曲线，保持IM 500.0mA不变，调节霍尔元件位置使电压表值最大，调节IS 1.00、2.00 10.0mA并依次改变励磁电流IM和霍尔电流IS的方向，将霍尔电压记录在表中。

(2) 测绘UH IM曲线，保持IS 5.0mA不变，调节霍尔元件位置使电压表值最大，调节IM 100、200 1000mA并依次改变励磁电流IM和霍尔电流IS的方向，将霍尔电压记录在表中。

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U1,U2,U3,U。求这四个电压绝对值的平均值即：4

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|U1| |U2| |U3| |U4|

五、数据处理分析及结果

4.

1．测绘UH IS曲线，保持IM 500.0mA不变，在表格中记录霍尔电压。

用最小二乘法可知UH 9.1377IS 0.5600 关联系数r 9.1377

2．测绘UH IM曲线，保持IS 5.0mA不变，在表格中记录霍尔电压。

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用最小二乘法可知UH 0.0909IM 0.8017 关联系数r 0.0909