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1、精品学习资源一、试验目的：试验 18：霍耳效应及应用参考内容欢迎下载精品学习资源1. 明白霍耳效应试验原理2. 学习用“对称测量法”排除副效应的影响，测量试验试样霍尔元件的V H Is 曲线、V H IM 曲线；3. 确定试样霍尔元件的导电类型N 型或 P 型；二、试验器材型号、规格、件数霍耳效应试验仪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 仪器外观图欢迎下载精品学习资源图二 试验仪电路连接图三、试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
2、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Halleffect，所产生的电势差叫做霍耳电势差或霍耳电压， 用 V H 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 ；对试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，就在 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，样品两侧电荷积存到达平稳，因
3、此有：f 洛=F 横向电场力evB=eE H1假设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=nevbd2由 12两式可得： VH =EH b=IsB/ned就 VH =RHIsB/d 3Is X 方向电流YIM- IM 励磁电流 B 磁场 Z 方向RH=1/ne -霍尔系数XV H- 霍尔电压Z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； V HIs； V HIM B ； V H1/d欢迎下载精品学习资源四 试验内容1、 测绘 试样霍尔元件V H Is 曲线2、测绘 试样霍尔元件V H IM 曲线3
4、、确定试样霍尔元件的导电类型N 型或 P 型；五、试验记录与数据处理1. 试验预备 ：1记录励磁线圈相关参数:2测试仪开机前应将Is， IM 调剂旋纽逆时针旋究竟，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试验电路；留意输出电流与输入电流的正负极性 ；提示：本试验的器件很简单损坏,有以下几点需要特殊留意：1接好线路需要老师检查后方可通电，这主要是为了防止将测试仪的励磁电源“ IM输出” 误接到试验仪的“Is输入”或“ V H 输出”处，否就一通电，霍尔器件即被破坏！2电路开、关、或功能切换时，肯定要将Is、IM 旋钮逆时针旋转究竟，也就是把它们的输出调为零，这主要是为
5、了防止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，试验中严禁触摸探头；4关机前应再次将I S、IM 调剂旋钮逆时针方向旋究竟，使其输出电流趋于0 后，方可切断电源；2. 试验记录与数据处理1测绘 VH Is 曲线将试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 V CD =V H ，调剂 IM=0.6A ，保持其值不变，调剂Is 并记录相应的V H 数据，将 V H、Is欢迎下载精品学习资源数据，记于表 1 中；表中箭头代表试验仪Is，IM 双向开关向上或向下，V H 是肯定值取平均IsmAv 1mVv 2mVv 3mVVH
6、= v1+v 2+v 3+v 4/4mV+ Is+B+ Is-B- Is-Bv4mV-Is +B由表 1 数据以电压为横轴，电流为纵轴做试验曲线，即绘出图1V H Is 曲线IsmA 图 1VH Is 曲线6543213456789101112131415V HmV结论 1：由图 1 可知表 1IM=Is：2测绘 VHIM 曲线：试验仪及测试仪各开关位置不变；调剂 Is =3.00mA 值不变，调剂 IM， 记录相应的 V H 数据，将 V H 、IM 数据记于表 2 中；欢迎下载精品学习资源表 2：Is =3.00mAIM： 0.3000.800A欢迎下载精品学习资源IMAv1 mVv2mV
7、v3mVv 4mV+ Is+B+ Is-B- Is-B-Is +BVH= v1+v 2+v 3+v 4/4 mV欢迎下载精品学习资源由表 2 数据以电压为横轴，电流为纵轴做试验曲线，即绘出图2V H IM 曲线IM A图 2VH IM 曲线6789101112131415161718V HmV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 型将试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 V CD=V H取 Is =A，IM =0.55 A，测出 VH =mV按试验条件所测 V H 0，因此，试样霍尔元件的导电类型为型半导体材料
8、；欢迎下载精品学习资源注： V H 0- P 型半导体材料空穴导电；V H 0 - N 型半导体材料电子导电 ；试验终止 ：测量仪关机前应将Is， IM 调剂旋纽逆时针旋究竟，使其输出电流趋于最小状态，然后关机；摸索并现场抽查答复以下问题：1. 霍耳电压是怎样形成的？2. 本试验中的磁场如何建立的？怎样转变大小？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. 可否用沟通电源给霍尔片供电？为什么？5. 说明提示中 1、2 损坏仪器的详细缘由；6. 试验操作中填写表1、2 为何要纵向填写？7. 为何由 V H 的正负就可测定试样霍尔元件的导电类型是P 型半导体材料仍是N型半导体材料，试画出简图说明；本试验报告要求：1. 试验报告完整、干净、数据及图线清楚、精确、标准；2. 数据处理按有效值运算并保留到相应位数；3. 图线必需标明坐标含单位 、试验测试点；注：试验曲线可用坐标纸画图，也可用Origin 数据处理软件由电脑做图；4. 依试验结果完成试验结论；欢迎下载