资源描述
单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,霍尔效应原理,及霍尔元件基本参数的测定实验,实验,10,Page 96,1,一、实验目的,1.,了解霍尔效应原理以及霍尔器件对材料的要求,2.,测元件的霍尔系数、载流子浓度及迁移率,3.,确定导电类型,4.,了解对称测量法,2,二、实验原理,3,1879,年,美国物理学家霍尔,(,E. H. HaLL),发现：,B,I,s,B,I,s,为什么出现,霍尔电压？,运动电荷受磁场力的作用有关,4,洛伦兹力,荷兰物理学者亨德里克,洛伦兹,提出。,定义：磁场对运动电荷的作用力。运动,(v),电荷,(q),在磁场,(B),中所受到的力（,F,）。,计算洛伦兹力：,F,B,=,qvB,5,洛伦兹力,F,B,=,qvB,的方向判断：,右手定则：,四指方向,V,方向,四指弯曲方向,B,方向,大拇指方向,确定,F,方向,q,正,大拇指方向,=F,B,方向,q,负,大拇指,反,方向,=F,B,方向,6,霍尔效应,霍尔效应：霍尔电压正或负？,N,型半导体,(Negative),：,电子为载流子,F,洛,(B),-,v,e,B,霍尔电压,测得霍尔电压为,负,(negative),s,s,7,测得霍尔电压为,正,（,positive),B,霍尔电压,P,型半导体,（,positive,）,：,空穴为载流子,s,s,8,疑问？,霍尔电压可测或可计算？,霍尔电压与哪些因素有关？,与直流电流有关吗？,与磁场有关吗？,与元件有关吗？,霍尔电压,F,洛,b:,霍尔片高度,d:,霍尔片宽度,V,1,V,2,s,s,9,霍尔电压,F,洛,b:,霍尔片高度,d:,霍尔片宽度,E:,电场强度,1,、霍尔电压,(V,H,=,V,1,-V,2,),:,计算霍尔电压,：,V,H,=,bE,P,型半导体：,空穴为载流子,V,1,V,2,怎么求电场强度,E,？,可测，可计算？,s,s,10,霍尔电压,evB,eE,vB,F,洛,平衡时,F,洛,=F,e,n,载流子数密度,霍尔电压,V,1,-V,2,=,bE,E,=,？,运动电荷速度,v,=,？,V,1,V,2,s,s,11,霍尔电压,F,洛,n,载流子数密度,S=,bd,为霍尔片截面积,d,为霍尔片宽度,s,运动电荷速度,v,=,？,霍尔电压,V,H,=,bE,=,bvB,霍尔系数,R,H,12,问：怎么用可测的,V,H,求霍尔系数,R,H,？,霍尔系数：,反映霍尔效应强弱；,其符号决定于试件中载流子是带正电荷（空穴）或负电荷（电子）。,与电流、磁场强度、,霍尔片,有关？,13,2,、求霍尔系数,R,H,B=,kI,m,(k,已知，为,B,与励磁电流,I,m,的转化系数，从测试仪上查出）；,所加的励磁电流,I,m,和直流电流,I,s,可知道,;,d,为霍尔片厚度。,14,3,、,V,H,-,I,s,关系：,直线,保持励磁电流,I,M,（可测）不变，则,B,不变；,B=,kI,M,(k,已知，为,B,与,I,M,的转化系数，从测试仪上查出）；,d,为霍尔片厚度,测,V,H,、,I,s,，,作,V,H,-I,s,直线,常数,测定数据 表,10-1,15,4,、,V,H,-,I,M,关系：,直线,保持,I,s,（可测）不变；,k,已知，为,B,与,I,M,的转化系数；,d,为霍尔片厚度,测,V,H,、,I,M,作,V,H,-I,M,直线,测定数据 表,10-2,常数,16,如考虑载流子的速度统计分布,e=1.6,10,-19,C,5,、求载流子浓度,n,17,6、求载流子的迁移率,电导率,l,为,已知，为,A,、,C,距离；,S=,bd,为霍尔片截面积；,零磁场,I,m,=0,时，,A,、,C,之间的电位差,18,载流子数密度,霍尔效应,霍尔电压,霍尔电压,7,、判断,N,或,P,型,19,三、实验仪器,20,霍尔效应测磁场,霍尔元件,探头,保护罩,霍,尔,效,应,实,验,仪,21,22,霍尔,效应,实验,组合,仪,I,M,输入,I,s,输入,V,H,/,V,输出,实,验,仪,23,四、实验步骤,参考讲义,注意：,开关机前，测试仪上的“,I,M,调节”及“,I,S,调节”旋钮,均置于零（逆时针旋到底）。,24,1.,连接测试仪与实验仪之间的各组连线,page 99,图,10-2,25,红,-,红连线,黑,-,黑连线,I,M,输入,I,s,输入,V,H,/,V,输出,实验仪,26,目的消除误差：,霍尔元件中的副效应,(,不等势电压,;,由温差电效应、热磁效应引起的附加电压,),霍尔电压的测量方法：对称测量法,分别测量四组不同的,A,、,A,两点的电位差,27,若“实验仪”约定开关,I,M,（相当于,B,）、,I,S,向上合为正，则向下合为负。,实验仪,+B,，,+I,S,-B,，,+I,S,-B,，,-I,S,+B,，,-I,S,I,M,开关,向上合,向下合,向下合,向上合,I,S,开关,向上合,向上合,向下合,向下合,“实验仪”开关方向约定：正负,I,M,输入,I,s,输入,28,2.,测绘,V,H,-I,s,直线,按表,10-1,依次改变,I,s,测量,U,H,I,M,输入,I,s,输入,V,H,/,V,输出,29,表,10-1,： 保持,I,m,=0.600A,不变，测霍尔电压,Is(mA,),U,1,(mV),U,2,(mV),U,3,(mV),U,4,(mV),U,H,(mV),+B,，,+I,S,-B,，,+I,S,-B,，,-I,S,+B,，,-I,S,1.00,-3.09,3.01,-2.9,3.12,-3.03,1.50,-4.62,4.49,-4.46,4.66,-4.56,2.00,-6.18,6.00,-5.96,6.22,-6.09,2.50,-7.73,7.49,-7.45,7.77,-7.61,3.00,-9.28,8.99,-8.95,9.32,-9.14,3.50,-10.82,10.47,-10.43,10.86,-10.65,4.00,-12.35,11.95,-11.91,12.39,-12.15,注：读数有正负,30,3.,测绘,V,H,-I,M,直线,按表,10-2,：保持,Is=3.00mA,不变，依次改变,I,M,测量霍尔电压,31,表,10-2,：保持,Is=3.00mA,不变，改变,I,M,测量霍尔电压,I,M,(mA,),U,1,(mV),U,2,(mV),U,3,(mV),U,4,(mV),U,H,(mV,),0.3,-4.73,4.41,-4.37,4.74,-4.56,0.4,-6.23,5.95,-5.91,6.27,-6.09,0.5,-7.75,7.47,-7.43,7.8,-7.61,0.6,-9.28,8.99,-8.95,9.32,-9.14,0.7,-10.8,10.5,-10.47,10.84,-10.65,0.8,-12.32,12.02,-11.99,12.37,-12.18,32,4,、测量,V,值（两电极,A,、,C,间的电位差，计算电导率用）,实验仪“,V,H,V,”,倒向,V,，,测试仪“功能切换”置,V,实验仪,I,M,断开，按测量选择,I,S,（测试仪），,向上合开关,I,S,（实验仪），,调节,I,S,=2.00mA,（零磁场,I,M,=0,，,I,S,=2.00mA,），,测量,V,值,，记录,V,=,？,mA,33,5,、从测试仪电磁铁的线包上查出,B,与,I,M,的转化系数,k,如,I,M,=0.600A,则,K,读数乘,0.1,计算,34,6.,确定样品导电类型,实验仪三组双刀开关：均掷向上方,按测量选择,I,S,，合开关,I,S,，调节,I,S,=2.00mA,；,按测量选择,I,M,，合开关,I,M,，调节,I,M,=0.600A,测量,V,AA,大小,并判断霍尔片的极性。,极性判断：,若,V,H,=V,AA,为正值，说明样品是,P,型半导体，反之，为,N,型半导体。,35,五、数据处理与结果,1.,完成数据记录表,10-1,， 并作,V,H,-I,S,曲线,36,Is(mA,),U,1,(mV),U,2,(mV),U,3,(mV),U,4,(mV),U,H,(mV),+B,，,+I,S,-B,，,+I,S,-B,，,-I,S,+B,，,-I,S,1.00,-3.09,3.01,-2.9,3.12,-3.03,1.50,-4.62,4.49,-4.46,4.66,-4.56,2.00,-6.18,6.00,-5.96,6.22,-6.09,2.50,-7.73,7.49,-7.45,7.77,-7.61,3.00,-9.28,8.99,-8.95,9.32,-9.14,3.50,-10.82,10.47,-10.43,10.86,-10.65,4.00,-12.35,11.95,-11.91,12.39,-12.15,2,、根据,表,10-1,中,I,m,=0.600A,，,I,s,=2.00mA,时测得数据计算,霍尔系数、载流子浓度和载流子迁移率,37,已知：,表,10-1,测得,I,m,=0.600A,，,I,s,=2.00mA,时的霍尔电压,V,H,；,k,已知，为,B,与,I,m,的转化系数，从测试仪上查出，计算时乘以,0.1,；,d,为霍尔片厚度,=0.5mm,；,注意：用国际单位计算,(,m,/T),。,38,计算迁移率：,计算载流子浓度：,已知：,I,s,=2.00mA,l,=3.0mm,S=db, d=0.5mm, b=4.0mm,假定测得,V,=125.30mV,e=1.6,10,-19,C,39,3.,完成数据记录表,10-2,， 并作,V,H,-I,M,曲线,40,4.,确定样品的导电类型（,P,型还是,N,型）,41,
展开阅读全文