实验18霍尔效应数据处理.docx

实验18：霍耳效应及应用（参考内容）一、实验目的：1. 了解霍耳效应实验原理2. 学习用“对称测量法”消除副效应的影响，测量实验试样（霍尔元件）的VH—Is曲线、VH—【M曲线3. 确定试样（霍尔元件）的导电类型（N型或P型）实验器材（型号、规格、件数）霍耳效应实验仪（HLD—HL--IV型）1台、霍耳效应测试仪（HLD—HL--IV型）1台（可用2台恒流源，1台数字电压表替代） 专用测试线6根［仪器简介］仪器外观图图二 实验仪电路连接图三、实验原理将一导电体（金属或半导体）薄片放在磁场中，并使薄片平面垂直于磁场方向当薄 片纵向端面有电流I流过时，在与电流I和磁场B垂直的薄片横向端面AA’间就会产生一电 势差，这种现象称为霍耳效应（Hall effect），所产生的电势差叫做霍耳电势差或霍耳电压， 用vh表示霍耳效应从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力f洛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方向上产 生正负电荷集累，从而形成附加的横向电场，即霍耳电场eh对实验所用试样（霍尔元件），在X方向通以电流Is，在Z方向加磁场B，则在Y方 向有霍耳电场eh。

当试样中载流子所受的横向电场力eEH与洛仑兹力evB相等时，样品两侧电荷积累达 到平衡，因此有： f洛逐横向电场力evB=eEH ⑴若霍尔元件几何参数如图已知，且n为载流子浓度，v为载流子在电流方向上的平均漂移速度有Is=nevbd ⑵由（1）（2）两式可得：VH =EHb=IsB/ned则 Vh=Rh（IsB/d） （3）im-----im励磁电流（B磁场Z方向）Is—X方向电流RH=1/ne_霍尔系数vh---霍尔电压由（3）式知：在外磁场不太强时，霍耳电压与工作电流和磁感应强度成正比，与薄片厚度成反比VH次Is； VH区IM（B）； VHx1/d四. 实验内容1、 测绘试样（霍尔元件）VH—Is曲线2、 测绘试样（霍尔元件）VH—IM曲线3、 确定试样（霍尔元件）的导电类型（N型或P型）五、 实验记录与数据处理1.实验准备：1） 记录励磁线圈相关参数: 2） 测试仪开机前应将Is, IM调节旋纽逆时针旋到底，使其输出电流趋于最小状态，然 后开机3） 按图二所示电路连接图连接好实验电路注意输出电流与输入电流的正负极性提醒：本实验的器件很容易损坏,有以下几点需要特别注意：1） 接好线路需要老师检查后方可通电，这主要是为了避免将测试仪的励磁电源“IM输出”误接到实验仪的“Is输入”或“VH输出”处，否则一通电，霍尔器件即被破坏！2） 电路开、关、或功能切换时，一定要将Is、IM旋钮逆时针旋转到底，也就是把它们的输出调为零，这主要是为了避免电压或者电流的突变对仪器、件造成破坏。

3） 霍尔片性脆易碎，电极甚细易断，实验中严禁触摸探头4） 关机前应再次将IS、IM调节旋钮逆时针方向旋到底，使其输出电流趋于0后，方可切断 电源2 .实验记录与数据处理1）测绘VH—Is曲线将实验仪的三组开关均向上，即在X方向通以电流Is，在Z方向加磁场B，毫伏表电压为Vcd=Vh，调节Im=0.6A，保持其值不变，调节Is并记录相应的VH数据，将VH、Is数据，记于表1中表中箭头代表实验仪Is, IM双向开关向上或向下，VH是绝对值取平 均）表 1 Im_0.6A Is： 1.00—4.00mAIs (mA)t tv, (mV)v2(mV)uv3(mV)匕(mV)VH_(V1+V2+V3+V4)/4(mV)+ Is +B+ Is -B-Is -B-Is +B1.001.502.002.503.004.00由表1数据（以电压为横轴，电流为纵轴）做实验曲线，即绘出图1（VH—Is曲线）6543213456789101112131415Is（mA） 图 1（VH—Is 曲线）VH(mV)结论1：由图1可知 2）测绘vh—IM曲线：实验仪及测试仪各开关位置不变调节Is =3.00mA值不变，调节IM，记录相应的VH数据，将VH、IM数据记于表2中。

表 2： Is =3.00mA IM： 0.300-0.800AIM(A)ttv1 (mV)■v2(mV)uv3(mV)Kv4(mV)VH=(v1+v2+v3+v4)/4(mV)+ Is +B+ Is -B-Is -B-Is +B0.3000.4000.5000.6000.7000.800结论2：由图2可知 3）确定试样（霍尔元件）的导电类型（N型或P型）将实验仪的三组开关均向上，即在X方向通以电流Is，在Z方向加磁场B，毫伏表电 压为VCD=VH取 Is =2.00mA，Im ^.55 A，测出 VH= mV按实验条件所测vh （＜、＞）0,因此，试样（霍尔元件）的导电类型为 型半导体材料注：VH>0---- P型半导体材料（空穴导电）VH<0 ---- N型半导体材料（电子导电）实验结束：测量仪关机前应将Is, IM调节旋纽逆时针旋到底，使其输出电流趋于最小状 态，然后关机思考并现场抽查回答问题：1. 霍耳电压是怎样形成的？2. 本实验中的磁场如何建立的？怎样改变大小？3. 换向开关的作用原理是什么？测量霍耳电压时为什么要接换向开关？4. 可否用交流电源给霍尔片供电？为什么？5. 解释提醒中1、2损坏仪器的具体原因。

6. 实验操作中填写表1、2为何要纵向填写？7. 为何由VH的正负就可测定试样（霍尔元件）的导电类型是P型半导体材料还是N 型半导体材料，试画出简图说明本实验报告要求：1. 实验报告完整、整洁、数据及图线清晰、准确、规范2. 数据处理按有效值计算并保留到相应位数3. 图线必须标明坐标（含单位）、实验测试点注：实验曲线可用坐标纸画图，也可用Origin数据处理软件由计算机做图4. 依实验结果完成实验结论。