霍尔效应实验报告

令狐采学创作

令狐采学创作 南昌年夜学物理实验陈述

令狐采学

课程名称：普通物理实验（2）

实验名称：霍尔效应

学院：专业班级：

学生姓名：学号：

实验地址：座位号：

实验时间：

一、 实验目的：

1、了解霍尔效应法测磁感应强度S I 的原理和办法；

2、学会用霍尔元件丈量通电螺线管轴向磁场散布的基本办法； 二、 实验仪器：

霍尔元件测螺线管轴向磁场装置、多量程电流表2只、电势差计、滑动变阻器、双路直流稳压电源、双刀双掷开关、连接导线15根。 三、 实验原理：

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令狐采学创作 1、霍尔效应

霍尔效应实质上是运动的带电粒子在磁场中受洛仑磁力作用而引起的偏转。当带电粒子（电子或空穴）被约束在固体资料中，这种偏转招致在垂直电流和磁场标的目的上产生正负电荷的聚积，从而形成附加的横加电场，即霍尔电场H E .

如果H E <0，则说明载流子为电子，则为n 型试样；如果H E >0，则说明载流子为空穴，即为p 型试样。

显然霍尔电场H E 是阻止载流子继续向正面偏移，当载流子所受的

横向电场力e H E 与洛仑磁力B v e 相等，样品两侧电荷的积累就达到静态平衡，故有：

e H E =B v e

其中EH 为霍尔电场，v 是载流子在电流标的目的上的平均速度。若试样的宽度为b ，厚度为d ，载流子浓度为n ，则 bd v ne I =

由上面两式可得：

d

B I R d B I ne b E V S H S H H ===1 （3） 即霍尔电压H V （上下两端之间的电压）与B I S 乘积成正比与试样厚度d 成正比。比列系数ne

R H 1=称为霍尔系数，它是反响资料霍尔效应强弱的重要参量。只要测出H V 以及知道S I 、B 和d 可按下式计

算H R :

2、霍尔系数H R 与其他参量间的关系

根据H R 可进一步确定以下参量：

（1）由H R 的符号（或霍尔电压的正负）判断样品的导电类型。判

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令狐采学创作 别办法是电压为负，H R 为负，样品属于n 型；反之则为p 型。

（2）由H R 求载流子浓度n.即e R n H 1

= 这个关系式是假定所有载流

子都具有相同的漂移速度获得的。

（3）结合电导率的丈量，求载流子的迁移率μ与载流子浓度n 以及迁移率μ之间有如下关系

μσne = 即μ=σH R ,测出σ值即可求μ。

3、霍尔效应与资料性能的关系

由上述可知，要获得年夜的霍尔电压，关键是选择霍尔系数年夜（即迁移率高、电阻率也较高）的资料。因μρ=H R ,金属导体μ和ρ都很低；而不良导体ρ虽高，但μ极小，所以这两种资料的霍尔系数都很小，不克不及用来制造霍尔器件。半导体μ高，ρ适中，是制造霍尔元件较为理想的资料，由于电子的迁移率比空穴迁移率年夜，所以霍尔元件多采取n 型资料，其次霍尔电压的年夜小与资料的厚度成正比，因此薄膜型的霍尔元件的输出电压较片状要高很多。就霍尔器件而言，其厚度是一定的，所以实用上采取ned

K H 1

=来暗示器件的灵敏度，H K 称为霍尔灵敏度，单位为()T mA mV ?.

4、陪伴霍尔效应呈现的几个副效应及消除办法

在研究固体导电的过程中，继霍尔效应之后又相继发明了爱廷豪森效应、能斯特效应、理吉勒杜克效应，这些都属于热磁效应。现在介绍如下：

（1）爱廷豪森效应电压

爱廷豪森发明，由于载流子速度不合，在磁场的作用下所受的洛仑

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令狐采学创作 磁力不相等，快速载流子受力年夜而能量高，慢速载流子受力小而能量低，因而招致霍尔元件的一端较为另一端温度高而形成一个温度梯度场，从而呈现一个温差电压。此效应产生的电压的年夜小与电流I 、磁感应强度B 的年夜小成正比，标的目的与H V 一致。因此

在实验中无法消去，但电压值一般较小，由它带来的误差约为5%左右。

（2）能斯特效应电压

由于电流输入输出两引线端焊点处的电阻不成能完全相等，因此通电后会产生不合的势效应，使x 标的目的产生温度梯度。电子将从热端扩散到冷端，扩散电子在磁场中的作用下在横向形成电场，从而产生电压。电压的正负与磁场B 有关，与电流I 无关。

（3）里纪勒杜克效应电压

由能斯特效应引起的扩散电流中的载流子速度不一样，类似于爱廷豪森效应，也将在y 标的目的产生温度梯度场，招致产生一附加电压，电压的正负与磁感应强度B 有关，与电流I 无关。

（4）不等势电势差

不等势电势差是由于霍尔元件的资料自己不均匀，以及电压输出端引线在制作时不成能绝对对称焊接在霍尔片的两侧所引起的。这时即使不加磁场也存在这种效应。若元件制作欠好，有可能有着相同的数量级，因此不等势电势差是影响霍尔电压的一种最年夜的副效应。电压的正负只与电流有关，与磁感应强度B 无关。

因为在产生霍尔效应的同时陪伴着各种副效应，招致实验测得的两极间的电压其实不即是真实的霍尔电压H V 值，而是包含各种

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令狐采学创作 副效应所引起的附加电压，因此必须设法消除。根据副效应产生的机理可知，采取电流和磁场换向的对称丈量法，基本上能把副效应的影响从丈量结果中消除。即在规定了电流和磁场正反向后，辨别丈量由下列四组不合标的目的的S I 和B 组合的A A V /

(/A ，A 两侧的电势差）即

然后求4321V V V V 、、、代数平均值，得：

通过上述的丈量办法，虽然还不克不及消除所有的副效应，但引入的误差不年夜，可以忽略不计。

四、 实验内容：

1、掌握仪器性能，连接测试仪与实验仪之间的各组连线

（1）开、关机前，测试仪的“S I 调节”和“M I 调节”旋钮均置零

位（即逆时针旋转究竟）；

（2）按课本装置图连接测试仪和实验仪之间各组连线。注意：（1）样品各机电引线与对应的双刀开关之间的连线已经制造好了，不克不及再动。（2）严禁将测试仪的励磁电流的输出接口误接到实验仪的其他输入输出端口，不然一旦通电，霍尔样品会被立即损毁。本实验样品的尺寸为：d=0.5mm,b=4.0mm,l=3.0mm 。本实验霍尔片已处于空隙中间，不克不及随意修改y 轴标的目的的高度，以免霍尔片与磁极间摩擦而受损。

（3）接通电源，预热数分钟，电流表显示“.000”（当按下“丈量选择”键时）或“0.00”（铺开“丈量选择”键时）。

（4）置“丈量选择”与S I 档，电压表所示的值即虽“S I 调节”旋

钮顺时针转动而增年夜，其变更规模为010mA 时电压表H V 所示读

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数为“不等势”电压值，它随S I 增年夜而增年夜，S I 换向，H V 极性改号。取S I =2mA.

(5)置“丈量选择”与M I 挡（按键），顺时针转动“M I 调节”旋钮，

电流表变更规模为01A 此时H V 值随M I 增年夜而增年夜，

M I 换向，H V 极性改号。至此，应将“M I 调节”旋钮置零位（即逆时针旋转究竟）。

(6)铺开丈量选择键，再测S I ，调节S I ≈2mA,然后将“H V ，

σV 输出”切换开关拨向σV 一侧，丈量σV 电压；S I 换向，σV 也改号。说明霍尔样品的各电极工作正常，可进行丈量。将“H V ，σV 输出”切换开关恢复H V 一侧。 2、测绘H V S I 曲线

将测试仪的“功能转换”置H V ，S I 和M I 换向开关掷向上方，标明S I 和M I 均为正值。反之则为负。坚持M I =0.600A ，修改S I 的值，S I 取值规模为1.004.00mA.将实验丈量值记录表格。 3、测绘H V M I 曲线

坚持S I =3.00mA,修改M I 的值，M I 取值规模为0.3000.800A.将丈量数据记入表格。 4、丈量σV 值

将“H V ，σV 输出”拨向σV 侧，“功能转换”置σV .在零磁场下（M I =0），取S I =2.00mA,丈量σV 。 5、确定样品导电类型

将实验仪三组双刀开关掷向上方，取S I =2.00mA ，M I =0.600A.丈量

A A V /年夜小及极性，由此判断样品导电类型。

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6、求样品的H R 、n 、σ和μ值

7、测单边水平标的目的磁场散布（S I =2.00mA ，M I =0.600A ） 五、 实验数据及数据阐发处理：

（1）数据记录参数表。 表1：绘制

实验曲线数据记录表（

）

1.00 3.46 3.44 3.47 3.49 3.4650 1.50 5.22 5.15 5.18 5.20 5.1875

2.00 6.95 6.86 6.88 6.94 6.9075 2.50 8.71 8.59 8.57 8.68 8.6375

3.00 10.44 10.31 10.30 10.33 10.3450 3.50 12.14 11.99 12.05 12.12 12.0750

4.00

13.86

13.72

13.80

13.77

13.7875

表2：绘制实验曲线数据记录表（

）

0.30 5.25 5.20 5.18 5.24 5.2175 0.40 6.98 6.92 6.93 6.96 6.9475 0.50 8.72 8.62 8.64 8.65 8.6575 0.60 10.45 10.34 10.37 10.36 10.3800 0.70 12.20 12.10 12.19 12.12 12.1525 0.80

13.84

13.80

13.90

13.80

13.8350

（2）画出曲线和曲线。

（3）记下样品的相关参量值，根据在零磁场下，

使

测得的

（即）值计算电导率。

其中已知：

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测得

则

（4）确定样品的导电类型（p型还是n型）。

由霍尔电压的正负判断为n型

（5）从测试仪电磁铁的线包上查出B 的年夜小与的关系，并求（,）、n 和值。

B 的年夜小与的关系为.

,时

得

（6）测单边水平标的目的磁场散布（测试条件,），丈量点不得少于8点（不等步长），以磁心中间为相对零点位置，作图，另半边作图时对称补足。

x/mm2025303235363738

5.98 5.99

6.00 5.93 5.15 4.36 3.50 2.80

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