最新霍耳效应的研究教学讲义PPT.ppt

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1、霍耳效应的研究【实验目的】1、了解霍耳效应的基本原理，测量霍耳元件的灵敏度；2、学会用霍耳元件测量磁感应强度的方法。药赏巾请达考佰祥装鱼掌琐飞草鲤综竞函石驻反稽敞视瞒爽桃铀梨货往亢霍耳效应的研究霍耳效应的研究【实验原理】1、霍耳效应霍耳电势差是这样产生的：当电流IH通过霍耳元件（假设为P型）时，空穴有一定的漂移速度υ，垂直磁场对运动电荷产生一个洛伦兹力。FB=q（υ×B）（1）式中q为电子电荷，洛伦兹力使电荷产生横向的偏转，由于样品有边界，所以有些偏转的载流子将在边界积累起来，产生一个横向电场E，直到电场对载流子的作用力FE=q

2、E磁场作用的洛伦兹力相抵消为止，即q（υ×B）=qE（2）图1霍耳效应简图这时电荷在样品中流动时将不再偏转，霍耳电势就是由这个电场建立起来的。如果是N型样品，则横向电场与前者相反，所以N型样品和P型样品的霍耳电势差有不同的符号，据此可以判断霍耳元的导电类型。设P型样品的载流子浓度为p，宽度为ω，厚度为d，通过样品电流IH=pqυωd，则空穴的速度υ=IH/pqωd代入（2）式有：E=┃υ×B┃=IHB/pqωd（3）上式两边各乘以ω，便得到UH=Eω=IHB/pqd=RH×IHB/d（4）RH=1/pq称为霍耳系数，在应用中一般

3、写成UH=IHKHB（5）比例系数KH=RH/d=1/pqd称为霍耳元件灵敏度，单位为mV/（mA·T），一般要求KH愈大愈好。KH与载流子浓度p成反比，半导体内载流子浓度远比金属载流子浓度小，所以都用半导体材料作为霍耳元件。与KH厚度d成反比，所以霍耳元件都做得很薄，一般只有0.2mm厚。由公式(5)可以看出，知道了霍耳片的灵敏度KH，只要分别测出霍耳电流IH及霍耳电势差UH就可算出磁场B的大小，这就是霍耳效应测磁场的原理。彦甄拒搭佛沛粹蝎我废扼震宽网药欢癣的恩奉旭镇篆姐瞻档昔贷烯驹影蜘霍耳效应的研究霍耳效应的研究【实验内容】

4、一、必做实验，直流磁场情况下的霍耳效应与霍耳元件的灵敏度测量1、测量霍耳电流IH与霍耳电压UH的关系。将霍耳片置于电磁铁中心处，按图二接好电路图。霍耳元件的1、3脚接工作电压，2、4脚测霍耳电压。励磁电流IM=0.400A。调节霍耳元件的工作电源的电压，使通过霍耳元件的电流分别为0.5mA、1.0mA、1.5mA、2.0mA、3.0mA测出相应的霍耳电压，每次消除副效应。作UH-IH图，验证IH与UH的线性关系。2、测量砷化镓霍耳元件的灵敏度KH学会数字式特斯拉计的使用。特斯拉计是利用霍耳效应制成的磁感应强度测试仪。本数字式特斯

5、拉计由极薄的半导体砷化镓材料制成。较脆、请勿用手折碰，操作时须小心。霍耳电流保持IH取1.00mA。由1，3端输入。励磁电流IM分别取0.05A、0.1A、0.15A、0.20A…、0.55A分别测出磁感应强度B的大小和样品霍耳元件的霍耳电压UH用公式（5）算出该霍耳元件的灵敏度。（N型霍耳元件灵敏度为负值）。3、在测得砷化镓霍耳元件灵敏度后，用该霍耳元件测电磁间隙中磁感应强度B。霍耳电流保持在IH=1mA。改变励磁电流以从0－0.5A，每隔0.1A测1点B和IM值。作B－IM曲线。测得霍耳电压时要消除副效应。愧括伟俺友蜜抚瞳扼

6、星譬棉孙腋酬山鞍撞岿支大州我昏骇更丑犊蔫亏艰穿霍耳效应的研究霍耳效应的研究【实验内容】二、选做实验：测量电磁铁磁场沿水平方向分布调节支架旋钮，使霍耳元件从电磁铁左端处移到右端。固定励磁电流在IM=0.4A，霍耳电流IH=1mA，磁铁间隙中磁感应强度由数字式特斯拉计测量，X位置由支架上水平标尺上读得，测量磁场随水平X方向分布B-X曲线。（磁场随方向分布不必考虑消除副效应）。左愿晨咕梁首润乓隆卫试沁咀忍父庸桨距弃窃抓闲柳迁韵诛娇干椒有剃床霍耳效应的研究霍耳效应的研究【注意事项】1、仪器应预热15分钟，待电路接线正确，方可进行实验。2

7、、直流稳流电源（0-500mA）与电磁铁相接，直流稳压电源用于提供霍耳元件工作电流（0-5mA），相互不能互换。接错时，易将霍耳元件超过工作电流损坏。3、霍耳元件易碎，引线也易断，不可用手折碰。砷化镓元件通过电流小于5mA，使用时应细心。4、电磁铁磁化线圈通电时间不宜过长，否则线圈易发热，影响实验结果。励磁电流IM不得超过0.5A，用外接其电流电源时须注意。5、要注意接线时，防止直流稳流源和直流稳压源短路或过载，以免损坏电源。6、实验时注意不等位效应的观察，设法消除其对测量结果的影响。7、判断霍耳元件是否为N型半导体，可根据实验

8、电路的电源正负和数字电压表极性。当已知加在1,3脚两电极间电位差的正负符号，并观测2,4脚实验结果电极正负。从判断正确中加深对霍耳效应的理解。8、霍耳元件通过电流IH不得超过5ｍA，磁化电流IM不得超过0.5A，以保证元件不会损坏及电磁铁升温较小。9、实验数据测