霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)

篇一：霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

大學(xué)

本(專)科實(shí)驗(yàn)報(bào)告

課程名稱：姓名：學(xué)院：

系：

專業(yè)：年級：學(xué)號：

指導(dǎo)教師：成績：年月日

（實(shí)驗(yàn)報(bào)告目錄）

實(shí)驗(yàn)名稱

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵蠖?shí)驗(yàn)原理三、主要實(shí)驗(yàn)儀器

四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析六、質(zhì)疑、建議

霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)

一．實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵螅?/p>

1、了解霍爾效應(yīng)原理及測量霍爾元件有關(guān)參數(shù).

2、測繪霍爾元件的vh?is，vh?im曲線了解霍爾電勢差vh與霍爾元件控制（工作）電流

is、勵磁電流im之間的關(guān)系。

3、學(xué)習(xí)利用霍爾效應(yīng)測量磁感應(yīng)強(qiáng)度b及磁場分布。4、判斷霍爾元件載流子的類型，

并計(jì)算其濃度和遷移率。5、學(xué)習(xí)用“對稱交換測量法”消除負(fù)效應(yīng)產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差。

二．實(shí)驗(yàn)原理：

1、霍爾效應(yīng)

霍爾效應(yīng)是導(dǎo)電材料中的電流與磁場相互作用而產(chǎn)生電動勢的效應(yīng)，從本質(zhì)上講，霍爾

效應(yīng)是運(yùn)動的帶電粒子在磁場中受洛侖茲力的作用而引起的偏轉(zhuǎn)。當(dāng)帶電粒子（電子或空穴）

被約束在固體材料中，這種偏轉(zhuǎn)就導(dǎo)致在垂直電流和磁場的方向上產(chǎn)生正負(fù)電荷在不同側(cè)的

聚積，從而形成附加的橫向電場。

如右圖（1）所示，磁場b位于z的正向，與之垂直的半導(dǎo)體薄片上沿x正向通以電流

is（稱為控制電流或工作電流），假設(shè)載流子為電子（n型

半導(dǎo)體材料），它沿著與電流is相反的x負(fù)向運(yùn)動。

由于洛倫茲力fl的作用，電子即向圖中虛線箭頭所指的位于y軸負(fù)方向的b側(cè)偏轉(zhuǎn)，并

使b側(cè)形成電子積累，而相對的a側(cè)形成正電荷積累。與此同時(shí)運(yùn)動的電子還受到由于兩種

積累的異種電荷形成的反向電場力fe的作用。隨著電荷積累量的增加，fe增大，當(dāng)兩力大

小相等（方向相反）時(shí)，fl=-fe，則電子積累便達(dá)到動態(tài)平衡。這時(shí)在a、b兩端面之間建立

的電場稱為霍爾電場eh，相應(yīng)的電勢差稱為霍爾電壓vh。

設(shè)電子按均一速度向圖示的x負(fù)方向運(yùn)動，在磁場b作用下，所受洛倫茲力為

fl=-eb

式中e為電子電量，為電子漂移平均速度，b為磁感應(yīng)強(qiáng)度。

同時(shí)，電場作用于電子的力為fe??eeh??evh/l式中eh為霍爾電場強(qiáng)度，vh為

霍爾電壓，l為霍爾元件寬度

當(dāng)達(dá)到動態(tài)平衡時(shí)，fl??fe?vh/l（1）

設(shè)霍爾元件寬度為l，厚度為d，載流子濃度為n，則霍爾元件的控制（工作）電流為is?ne

（2）由（1），（2）兩式可得vh?ehl?

ib1isb

?rhs（3）

nedd

即霍爾電壓vh（a、b間電壓）與is、b的乘積成正比，與霍爾元件的厚度成反比，比例

系數(shù)rh?

1

稱為霍爾系數(shù)，它是反映材料霍爾效應(yīng)強(qiáng)弱的重要參數(shù)，根據(jù)材料的電導(dǎo)ne

率σ=neμ的關(guān)系，還可以得到：

rh??/????（4）

式中?為材料的電阻率、μ為載流子的遷移率，即單位電場下載流子的運(yùn)動速度，一般

電子遷移率大于空穴遷移率，因此制作霍爾元件時(shí)大多采用n型半導(dǎo)體材料。當(dāng)霍爾元

件的材料和厚度確定時(shí)，設(shè)kh?rh/d?1/ned（5）

將式（5）代入式（3）中得vh?khisb（6）

式中kh稱為元件的靈敏度，它表示霍爾元件在單位磁感應(yīng)強(qiáng)度和單位控制電流下的霍爾

電勢大小，其單位是[mv/ma?t]，一般要求kh愈大愈好。

若需測量霍爾元件中載流子遷移率μ,則有??

?l

(7)?

eivi

將(2)式、(5)式、(7)式聯(lián)立求得??kh?

lis

?（8）lvi

其中vi為垂直于is方向的霍爾元件兩側(cè)面之間的電勢差，ei為由vi產(chǎn)生的電場強(qiáng)度，

l、l分別為霍爾元件長度和寬度。

由于金屬的電子濃度n很高，所以它的rh或kh都不大，因此不適宜作霍爾元件。此外

元件厚度d愈薄，kh愈高，所以制作時(shí)，往往采用減少d的辦法來增加靈敏度，但不能認(rèn)為

d愈薄愈好，因?yàn)榇藭r(shí)元件的輸入和輸出電阻將會增加，這對鍺元件是不希望的。

應(yīng)當(dāng)注意，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度b和元件平面法線成一角度時(shí)（如圖2），作用在元件上的有效

磁場是其法線方向上的分量bcos?，此時(shí)

vh?khisbcos?(9)

所以一般在使用時(shí)應(yīng)調(diào)整元件兩平面方位，使vh達(dá)到最大，即θ=0，

圖(2)

vh=khisbcos??khisb

由式（9）可知，當(dāng)控制（工作）電流is或磁感應(yīng)強(qiáng)度b，兩者之一改變方向時(shí)，霍爾

電壓vh的方向隨之改變；若兩者方向同時(shí)改變，則霍爾電壓vh極性不變。

霍爾元件測量磁場的基本電路如圖3，將霍爾元件置于待測磁場的相應(yīng)位置，并使元件

平面與磁感應(yīng)強(qiáng)度b垂直，在其控制端輸入恒定的工作電流is，霍爾元件的霍爾電壓輸出端

接毫伏表，測量霍爾電勢vh的值。

三．主要實(shí)驗(yàn)儀器：

1、zky-hs霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀

圖(3)

包括電磁鐵、二維移動標(biāo)尺、三個(gè)換向閘刀開關(guān)、霍爾元件及引線。2、ky-hc霍爾效

應(yīng)測試儀

四．實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：

1、研究霍爾效應(yīng)及霍爾元件特性

①測量霍爾元件靈敏度kh，計(jì)算載流子濃度n（選做）。②測定霍爾元件的載流子遷

移率μ。

③判定霍爾元件半導(dǎo)體類型（p型或n型）或者反推磁感應(yīng)強(qiáng)度b的方向。④研

究vh與勵磁電流im、工作（控制）電流is之間的關(guān)系。2、測量電磁鐵氣隙中磁感應(yīng)強(qiáng)度

b的大小以及分布

①測量一定im條件下電磁鐵氣隙中心的磁感應(yīng)強(qiáng)度b的大小。

②測量電磁鐵氣隙中磁感應(yīng)強(qiáng)度b的分布。

五．實(shí)驗(yàn)步驟與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄：

1、儀器的連接與預(yù)熱

將測試儀按實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)說明書提供方法連接好，接通電源。2、研究霍爾效應(yīng)與霍爾元件

特性

①測量霍爾元件靈敏度kh，計(jì)算載流子濃度n。（可選做）。

a.調(diào)節(jié)勵磁電流im為0.8a，使用特斯拉計(jì)測量此時(shí)氣隙中心磁感應(yīng)強(qiáng)度b的大小。b.

移動二維標(biāo)尺，使霍爾元件處于氣隙中心位置。

c.調(diào)節(jié)is=2.00??、10.00ma（數(shù)據(jù)采集間隔1.00ma），記錄對應(yīng)的霍爾電壓vh填入表

（1），描繪is—vh關(guān)系曲線，求得斜率k1(k1=vh/is)。d.據(jù)式（6）可求得kh，據(jù)式（5）

可計(jì)算載流子濃度n。②測定霍爾元件的載流子遷移率μ。

a.調(diào)節(jié)is=2.00??、10.00ma（間隔為1.00ma），記錄對應(yīng)的輸入電壓降vi填入表4，

描繪is—vi關(guān)系曲線，求得斜率k2（k2=is/vi）。b.若已知kh、l、l，據(jù)（8）式可

以求得載流子遷移率μ。

c.判定霍爾元件半導(dǎo)體類型（p型或n型）或者反推磁感應(yīng)強(qiáng)度b的方向

?根據(jù)電磁鐵線包繞向及勵磁電流im的流向，可以判定氣隙中磁感應(yīng)強(qiáng)度b的

方向。

?根據(jù)換向閘刀開關(guān)接線以及霍爾測試儀is輸出端引線，可以判定is在霍爾元

件中的流向。

?根據(jù)換向閘刀開關(guān)接線以及霍爾測試儀vh輸入端引線，可以得出vh的正負(fù)與

霍爾片上正負(fù)電荷積累的對應(yīng)關(guān)系

d.由b的方向、is流向以及vh的正負(fù)并結(jié)合霍爾片的引腳位置可以判定霍爾元件半

導(dǎo)體的類型（p型或n型）。反之，若已知is流向、vh的正負(fù)以及霍爾元件半導(dǎo)體的類

型，可以判定磁感應(yīng)強(qiáng)度b的方向。③測量霍爾電壓vh與勵磁電流im的關(guān)系

霍爾元件仍位于氣隙中心，調(diào)節(jié)is=10.00ma，調(diào)節(jié)im=100、200??1000ma（間隔為100ma），

分別測量霍爾電壓vh值填入表（2），并繪出im-vh曲線，驗(yàn)證線性關(guān)系的范圍，分析當(dāng)im

達(dá)到一定值以后，im-vh直線斜率變化的原因。

3、測量電磁鐵氣隙中磁感應(yīng)強(qiáng)度b的大小及分布情況①測量電磁鐵氣隙中磁感應(yīng)強(qiáng)度

b的大小

a.調(diào)節(jié)勵磁電流im為0—1000ma范圍內(nèi)的某一數(shù)值。b.移動二維標(biāo)尺，使霍爾元件

處于氣隙中心位置。

c.調(diào)節(jié)is=2.00??、10.00ma（數(shù)據(jù)采集間隔1.00ma），記錄對應(yīng)的霍爾電壓vh填入表

（1），描繪is—vh關(guān)系曲線，求得斜率k1(k1=vh/is)。

d.將給定的霍爾靈敏度kh及斜率k1代入式（6）可求得磁感應(yīng)強(qiáng)度b的大小。（若實(shí)

驗(yàn)室配備有特斯拉計(jì)，可以實(shí)測氣隙中心b的大小，與計(jì)算的b值比較。）

②考察氣隙中磁感應(yīng)強(qiáng)度b的分布情況

a.將霍爾元件置于電磁鐵氣隙中心，調(diào)節(jié)im=1000ma，is=10.00ma，測量相應(yīng)的vh。b.

將霍爾元件從中心向邊緣移動每隔5mm選一個(gè)點(diǎn)測出相應(yīng)的vh，填入表3。c.由以上所測

vh值，由式（6）計(jì)算出各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，并繪出b-x圖，顯示出氣

隙內(nèi)b的分布狀態(tài)。

為了消除附加電勢差引起霍爾電勢測量的系統(tǒng)誤差，一般按±im，±is的四種組合測量

求其絕對值的平均值。

五．實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析：

1、測量霍爾元件靈敏度kh，計(jì)算載流子濃度n。

根據(jù)上表，描繪出is—

vh關(guān)系曲線如右圖。

求得斜率k1，k1=9.9據(jù)式（6）可求出k1，

本例中取銘牌上標(biāo)注的kh=47,取實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)說明書第3頁上的d=2μm

據(jù)式（5）可計(jì)算載流子濃度n。。。。

2、測量電磁鐵氣隙中磁感應(yīng)強(qiáng)度b的大小

取im=800ma，則可由b=k1/kh求出磁感應(yīng)強(qiáng)度b的大小

3、考察氣隙中磁感應(yīng)強(qiáng)度b的分布情況

根據(jù)上表，描繪出b-x關(guān)系曲線如右圖，可看出氣隙內(nèi)b的分布狀態(tài)。

4、測定霍爾元件的載流子遷移率μ

圖。

根據(jù)上表，描繪出is—vi關(guān)系曲線如右

求得斜率k2

已知kh、l、l（從實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)說明書上可查出），據(jù)（8）式可以求得載流子遷移率μ。

。。。。

5、測量霍爾電壓vh與勵磁電流im的關(guān)系表2

=10.00ma

根據(jù)上表，描繪出im-vh關(guān)系曲線如右圖,由此圖可驗(yàn)證線性關(guān)系的范圍。

分析當(dāng)im達(dá)到一定值以后，im-vh

直線斜率變化的原因。

。。。。。。

6、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)誤差分析

測量霍爾電勢vh時(shí)，不可避免地會產(chǎn)生一些副效應(yīng)，由此而產(chǎn)生的附加電勢疊加在霍爾

電勢上，形成測量系統(tǒng)誤差，這些副效應(yīng)有：（1）不等位電勢v0

由于制作時(shí)，兩個(gè)霍爾電勢極不可能絕對對稱地焊在霍爾片兩側(cè)（圖5a）、霍爾片電阻

率不均勻、控制電流極的端面接觸不良（圖5b）都可能造成a、b兩極不處在同一等位面上，

此時(shí)雖未加磁場，但a、b間存在電勢差v0，此稱不等位電勢，v0?isv，v是兩等位面間的電

阻，由此可見，在v確定的情況下，v0與is的大小成正比，且其正負(fù)隨is的方向而改變。

（2）愛廷豪森效應(yīng)當(dāng)元件的x方向通以工作電流is，z方向加磁場b時(shí)，由于霍

爾片內(nèi)的載流子速度服從統(tǒng)計(jì)分布，有快有慢。在達(dá)到動態(tài)平衡時(shí)，

在磁場的作用下慢速與快速的載流子將在洛倫茲力和霍爾電場的共同作用下，沿y軸分別

向相反的兩側(cè)偏轉(zhuǎn)，這些載流子的動能將轉(zhuǎn)化為熱能，使兩側(cè)的溫升不同，因而造成y方向

上的兩側(cè)的溫差（ta-tb）。

圖6正電子運(yùn)動平均速度圖中v??v???

因?yàn)榛魻栯姌O和元件兩者材料不同，電極和元件之間形成溫差電偶，這一溫差在a、b

間產(chǎn)生溫差電動勢ve，ve∝ib

這一效應(yīng)稱愛廷豪森效應(yīng)，ve的大小與正負(fù)符號與i、b的大小和方向有關(guān)，跟vh與i、

b的關(guān)系相同，所以不能在測量中消除。（3）倫斯脫效應(yīng)

由于控制電流的兩個(gè)電極與霍爾元件的接觸電阻不同，控制電流在兩電極處將產(chǎn)生不同

的焦耳熱，引起兩電極間的溫差電動勢，此電動勢又產(chǎn)生溫差電流（稱為熱電流）q，熱

電流在磁場作用下將發(fā)生偏轉(zhuǎn)，結(jié)果在y方向上產(chǎn)生附加的電勢差vh且

vn∝qb這一效應(yīng)稱為倫斯脫效應(yīng)，由上式可知vh的符號只與b的方向有關(guān)。（4）

里紀(jì)—勒杜克效應(yīng)

如（3）所述霍爾元件在x方向有溫度梯度

dt

，引起載流子沿梯度方向擴(kuò)散而有熱電dx

流q通過元件，在此過程中載流子受z方向的磁場b作用下，在y方向引起類似愛廷豪

森效應(yīng)的溫差ta-tb，由此產(chǎn)生的電勢差vh∝qb，其符號與b的的方向有關(guān)，與is的方向無

關(guān)。為了減少和消除以上效應(yīng)引起的附加電勢差，利用這些附加電勢差與霍爾元件控制

（工作）電流is，磁場b（既相應(yīng)的勵磁電流im）的關(guān)系，采用對稱（交換）測量法進(jìn)行測

量。當(dāng)?im，?is時(shí)vab1?vh?v0?ve?vn?vr當(dāng)?im，?is時(shí)

vab2??vh?v0?ve?vn?vr當(dāng)?im，?is時(shí)vab3??vh?v0?ve?vn?vr當(dāng)?im，?is時(shí)

vab4??vh?v0?ve?vn?vr對以上四式作如下運(yùn)算則得：

1

(vab1?vab2?vab3?vab4)?vh?ve4

可見，除愛廷豪森效應(yīng)以外的其他副效應(yīng)產(chǎn)生的電勢差會全部消除，因愛廷豪森效應(yīng)所

產(chǎn)生的電勢差ve的符號和霍爾電勢vh的符號，與is及b的方向關(guān)系相同，故無法消除，但

在非大電流、非強(qiáng)磁場下，vh>>ve,因而ve可以忽略不計(jì),vh≈vh?ve

?

v1?v2?v3?v4

。

4

一般情況下，當(dāng)vh較大時(shí)，vab1與vab3同號，vab2與vab4同號，而兩組數(shù)據(jù)反號，

故

(vab1?vab2?vab3?vab4)/4?(|vab1|?|vab2|?|vab3|?vab4|)/4即用四次測量值的絕對

值之和求平均值即可。

六、質(zhì)疑、建議

篇二：霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告(1)

霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1．霍爾效應(yīng)原理及霍爾元件有關(guān)參數(shù)的含義和作用

2．測繪霍爾元件的vh—is，vh—im曲線，了解霍爾電勢差vh與霍爾元件工作電流is，

磁場應(yīng)強(qiáng)度b及勵磁電流im之間的關(guān)系。3．學(xué)習(xí)利用霍爾效應(yīng)測量磁感應(yīng)強(qiáng)度b及磁場分

布。4．學(xué)習(xí)用“對稱交換測量法”消除負(fù)效應(yīng)產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差。

二、實(shí)驗(yàn)儀器

霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀和測試儀

三、實(shí)驗(yàn)原理

運(yùn)動的帶電粒子在磁場中受洛侖茲力的作用而引起偏轉(zhuǎn)，當(dāng)帶電粒子（電子或空穴）被

約束在固體材料中，這種偏轉(zhuǎn)就導(dǎo)致在垂直電流和磁場的方向上產(chǎn)生正負(fù)電荷在不同側(cè)的聚

積，從而形成附加的橫向電場（霍爾電場），這就是霍爾效應(yīng)的本質(zhì)。由于產(chǎn)生霍爾效應(yīng)的同

時(shí)，伴隨多種副效應(yīng)，以致實(shí)測的霍爾電場間電壓不等于真實(shí)的vh值，因此必需設(shè)法消除。

根據(jù)副效應(yīng)產(chǎn)生的機(jī)理，采用電流和磁場換向的對稱測量法基本上能把副效應(yīng)的影響從測量

結(jié)果中消除。具體的做法是is和b（即im）的大小不變，并在設(shè)定電流和磁場的正反方向后，

依次測量由下面四組不同方向的is和b（即im）時(shí)的v1，v2，v3，v4，

1）+is+bv12）+is-bv23）-is-bv34）-is+bv4

然后求它們的代數(shù)平均值，可得：

vh?

v1?v2?v3?v4

4

通過對稱測量法求得的vh誤差很小。

四、實(shí)驗(yàn)步驟

1.測量霍爾電壓vh與工作電流is的關(guān)系

1）先將is，im都調(diào)零，調(diào)節(jié)中間的霍爾電壓表，使其顯示為0mv。2）將霍爾元件移

至線圈中心，調(diào)節(jié)im=0.45a，按表中所示進(jìn)行調(diào)節(jié)，測量當(dāng)im正(反)向時(shí),is正向和反向

時(shí)的vh值填入表1，做出vh-is曲線。

表1vh-is關(guān)系測量表im=0.45a

2．測量霍爾電壓vh與勵磁電流im的關(guān)系

1）先將is調(diào)節(jié)至4.50ma。

2）調(diào)節(jié)勵磁電流im如表2，分別測量霍爾電壓vh值填入表2中。3）根據(jù)表2中所測

得的數(shù)據(jù)，繪出im—vh曲線

表2vh—im關(guān)系測量表is=4.50ma

五、實(shí)驗(yàn)結(jié)論

1、當(dāng)霍爾電壓保持恒定，改變勵磁電流時(shí)，測量得到的霍爾電壓隨勵磁電流的增加而

增加，

通過作圖發(fā)現(xiàn)二者之間也滿足線性關(guān)系。

2、當(dāng)勵磁電流保持恒定，改變霍爾電流時(shí)，測量得到的霍爾電壓隨霍爾電流的增加而

增加，

通過作圖發(fā)現(xiàn)二者之間滿足線性關(guān)系。

六、實(shí)驗(yàn)中的注意問題

1、不要帶電接線，中間改變電路時(shí)，一定要先關(guān)閉電源，再連接電路。

2、實(shí)驗(yàn)完成后要整理實(shí)驗(yàn)儀器，先關(guān)閉電源，再將電線拆下，捋好后放在實(shí)驗(yàn)儀器的

右側(cè)。3、作圖要使用鉛筆，先描點(diǎn)，描點(diǎn)要清晰，然后使用平滑曲線連接各點(diǎn)。

七、思考題

1、實(shí)驗(yàn)的原理是什么？

答：法拉第電磁感應(yīng)原理。2、對探測線圈的要求是什么？

答：線圈面積要大小合適，太大無法反映各點(diǎn)磁場的情況，太小則感應(yīng)電壓小，不利于測量。

3、感應(yīng)法測磁場為什么不用一般的電壓表？

答：因?yàn)楸粶y量的電壓是交流毫伏量級。4、是否能利用本方法測量穩(wěn)恒磁場？

答：不能，因?yàn)楦鶕?jù)法拉第電磁感應(yīng)原理靜止探測線圈在穩(wěn)恒磁場中感應(yīng)電動勢為零。

篇三：霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告(附帶實(shí)驗(yàn)結(jié)論)

《霍爾效應(yīng)》參考實(shí)驗(yàn)報(bào)告附帶結(jié)論

實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1.了解霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)原理。

2.測量霍爾電流與霍爾電壓之間的關(guān)系。3.測量勵磁電流與霍爾電壓之間的關(guān)系。4.

學(xué)會用“對稱測量法”消除負(fù)效應(yīng)的影響。

實(shí)驗(yàn)儀器

霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀。實(shí)驗(yàn)步驟

1.正確連接電路，調(diào)節(jié)霍爾元件處于隙縫的中間位置。

2.測量不等位電勢。令勵磁電流im=0ma，霍爾電流ih=1.00ma，2.00ma，?，10.00ma，

測量霍爾元件的不等位電勢隨霍爾電流的對應(yīng)關(guān)系。

2.測量霍爾電流ih與霍爾電壓uh的關(guān)系。令勵磁電流im=400ma,調(diào)節(jié)霍爾電流

ih=1.00ma，2.00ma，?，10.00ma（每隔1.0ma改變一次），分別改變勵磁電流和霍爾電流的

方向，記錄對應(yīng)的霍爾電壓。3.測量勵磁電流im與霍爾電壓uh的關(guān)系。令霍爾電流

ih=8.00ma，調(diào)節(jié)勵磁電流im=100.0ma，200.0ma，?，1000.0ma（每隔100.0ma改變一次），

分別改變勵磁電流和霍爾電流的方向，記錄對應(yīng)的霍爾電壓。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及處理（1）測量不等位電壓

（2）測量霍爾電流和霍爾電壓的關(guān)系(im=400ma)

（3）測量勵磁電流和霍爾電壓的關(guān)系(ih=8.00ma)

實(shí)驗(yàn)結(jié)論

1、當(dāng)勵磁電流im=0時(shí)，霍爾電壓不為0，且隨著霍爾電流的增加而增加，通過作圖發(fā)

現(xiàn)二者滿足線性關(guān)系。說明在霍爾元件內(nèi)存在一不等位電壓，這是由于測量霍爾電壓的兩條

接線沒有在同一個(gè)等勢面上造成的。

2、當(dāng)勵磁電流保持恒定，改變霍爾電流時(shí)，測量得到的霍爾電壓隨霍爾電流的增加而

增加，通過作圖發(fā)現(xiàn)二者之間滿足線性關(guān)系。3、當(dāng)霍爾電壓保持恒定，改變勵磁電流時(shí)，

測量得到的霍爾電壓隨勵磁電流的增加而增加，通過作圖發(fā)現(xiàn)二者之間也滿足線性關(guān)系。注

意事項(xiàng)：

1.不要帶電接線，中間改變電路時(shí)，一定要先關(guān)閉電源，再連接電路。

2.實(shí)驗(yàn)完成后要整理實(shí)驗(yàn)儀器，先關(guān)閉電源，再將電線拆下，捋好后放在實(shí)驗(yàn)儀器的右

側(cè)。

3.儀器開機(jī)前應(yīng)將im、ih調(diào)節(jié)旋鈕逆時(shí)針方向旋到底，使其輸出電流趨于最小，然后

再開機(jī)。關(guān)機(jī)前，應(yīng)將im、ih調(diào)節(jié)旋鈕逆時(shí)針方向旋到底，然后切斷電源

4.電源開機(jī)后預(yù)熱幾分鐘，即可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

5.在實(shí)驗(yàn)過程中試驗(yàn)儀的uh開關(guān)應(yīng)至始至終保持閉合，否則會為“1”或數(shù)字跳動現(xiàn)象。

6.改變ih或霍爾元件過程應(yīng)斷開試驗(yàn)儀上的im換向開關(guān)以防長時(shí)間通電而發(fā)熱，導(dǎo)致

霍爾元件升溫影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

篇四：霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告(附帶實(shí)驗(yàn)結(jié)論)

《霍爾效應(yīng)》參考實(shí)驗(yàn)報(bào)告附帶結(jié)論

實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1.了解霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)原理。

2.測量霍爾電流與霍爾電壓之間的關(guān)系。3.測量勵磁電流與霍爾電壓之間的關(guān)系。4.

學(xué)會用“對稱測量法”消除負(fù)效應(yīng)的影響。

實(shí)驗(yàn)儀器

霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀。實(shí)驗(yàn)步驟

1.正確連接電路，調(diào)節(jié)霍爾元件處于隙縫的中間位置。

2.測量不等位電勢。令勵磁電流im=0ma，霍爾電流ih=1.00ma，2.00ma，?，10.00ma，

測量霍爾元件的不等位電勢隨霍爾電流的對應(yīng)關(guān)系。

2.測量霍爾電流ih與霍爾電壓uh的關(guān)系。令勵磁電流im=400ma,調(diào)節(jié)霍爾電流

ih=1.00ma，2.00ma，?，10.00ma（每隔1.0ma改變一次），分別改變勵磁電流和霍爾電流的

方向，記錄對應(yīng)的霍爾電壓。3.測量勵磁電流im與霍爾電壓uh的關(guān)系。令霍爾電流

ih=8.00ma，調(diào)節(jié)勵磁電流im=100.0ma，200.0ma，?，1000.0ma（每隔100.0ma改變一次），

分別改變勵磁電流和霍爾電流的方向，記錄對應(yīng)的霍爾電壓。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及處理（1）測量不等位電壓

（2）測量霍爾電流和霍爾電壓的關(guān)系(im=400ma)

（3）測量勵磁電流和霍爾電壓的關(guān)系(ih=8.00ma)

實(shí)驗(yàn)結(jié)論

1、當(dāng)勵磁電流im=0時(shí)，霍爾電壓不為0，且隨著霍爾電流的增加而增加，通過作圖發(fā)

現(xiàn)二者滿足線性關(guān)系。說明在霍爾元件內(nèi)存在一不等位電壓，這是由于測量霍爾電壓的兩條

接線沒有在同一個(gè)等勢面上造成的。

2、當(dāng)勵磁電流保持恒定，改變霍爾電流時(shí)，測量得到的霍爾電壓隨霍爾電流的增加而

增加，通過作圖發(fā)現(xiàn)二者之間滿足線性關(guān)系。3、當(dāng)霍爾電壓保持恒定，改變勵磁電流時(shí)，

測量得到的霍爾電壓隨勵磁電流的增加而增加，通過作圖發(fā)現(xiàn)二者之間也滿足線性關(guān)系。注

意事項(xiàng)：

1.不要帶電接線，中間改變電路時(shí)，一定要先關(guān)閉電源，再連接電路。

2.實(shí)驗(yàn)完成后要整理實(shí)驗(yàn)儀器，先關(guān)閉電源，再將電線拆下，捋好后放在實(shí)驗(yàn)儀器的右

側(cè)。

3.儀器開機(jī)前應(yīng)將im、ih調(diào)節(jié)旋鈕逆時(shí)針方向旋到底，使其輸出電流趨于最小，然后

再開機(jī)。關(guān)機(jī)前，應(yīng)將im、ih調(diào)節(jié)旋鈕逆時(shí)針方向旋到底，然后切斷電源

4.電源開機(jī)后預(yù)熱幾分鐘，即可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

5.在實(shí)驗(yàn)過程中試驗(yàn)儀的uh開關(guān)應(yīng)至始至終保持閉合，否則會為“1”或數(shù)字跳動現(xiàn)象。

6.改變ih或霍爾元件過程應(yīng)斷開試驗(yàn)儀上的im換向開關(guān)以防長時(shí)間通電而發(fā)熱，導(dǎo)致

霍爾元件升溫影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

篇五：霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告參考

華南農(nóng)業(yè)大學(xué)信息軟件學(xué)院實(shí)驗(yàn)報(bào)告

課程：大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)學(xué)期：2012-2013第一學(xué)期任課老師：***專業(yè)班級：

**************學(xué)號：**************姓名：***

評分：

實(shí)驗(yàn)3霍爾效應(yīng)的應(yīng)用

一．實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1.了解霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)原理以及有關(guān)霍爾器件對材料要求的知識。

2.測量霍爾元件的曲線，了解霍爾電壓與霍爾元件工作電流、直螺線管的勵磁電流之間

的系。3.學(xué)習(xí)用對稱測量法消除副效應(yīng)的影響，測量試樣的和曲線。4.確定試樣的導(dǎo)電

類型、載流子濃度以及遷移率。

二．實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備

th-h型霍爾實(shí)驗(yàn)組合儀由試驗(yàn)儀和測試儀組成

1.實(shí)驗(yàn)儀：本實(shí)驗(yàn)儀由電磁鐵、二維移動標(biāo)尺、三個(gè)換向閘刀開關(guān)、霍爾元件組成。c

型

電磁鐵，給它通以電流產(chǎn)生磁場。二維移動標(biāo)尺及霍爾元件；霍爾元件是由n型半導(dǎo)體

材料制成的，將其固定在二維移動標(biāo)尺上，將霍爾元件放入磁鐵的縫隙之中，使霍爾元件垂

直放置在磁

場之中，在霍爾元件上通以電流，如果這個(gè)電流是垂直于磁場方向的話，則在垂直于電流和

磁場方向上導(dǎo)體兩側(cè)會產(chǎn)生一個(gè)電勢差。三個(gè)雙刀雙擲閘刀開關(guān)分別對勵磁電流，工作電流

霍爾電壓進(jìn)行通斷和換向控制。右邊閘刀控制勵磁電流的通斷換向。左邊閘刀開關(guān)控制工

作電流的通斷換向。中間閘刀固定不變即指向一側(cè)。

2.測試儀

測試儀有兩組獨(dú)立的恒流源，即“輸出”為0～10ma給霍爾元件提供工作電流的電流源，

“輸出”為0～1a為電磁鐵提供電流的勵磁電流源。兩組電流源相互獨(dú)立。兩路輸出電流大

小均連續(xù)可調(diào)，其值可通過“測量選擇”鍵由同一數(shù)字電流表進(jìn)行測量，向里按“測量選擇”

測，放出鍵來測。電流源上有is調(diào)節(jié)旋鈕和im調(diào)節(jié)旋鈕。

直流數(shù)字電壓表用于測量霍爾電壓，本實(shí)驗(yàn)只讀霍爾電壓、所以將中間閘刀開關(guān)撥向上

面即可。當(dāng)顯示屏上的數(shù)字前出現(xiàn)“—”號時(shí)，表示被測電壓極性為負(fù)值。

三．實(shí)驗(yàn)的基本構(gòu)思和原理

霍爾效應(yīng)從本質(zhì)上講是運(yùn)動的帶電粒子在磁場中受洛倫茲力作用而引起的偏轉(zhuǎn)。由于帶

電粒子（電子或空穴）被約束在固體材料中，這種偏轉(zhuǎn)就導(dǎo)致在垂直電流和磁場方向上產(chǎn)生

正負(fù)電荷的聚集，從而形成附加的橫向電場，即霍爾電場。然而在產(chǎn)生霍爾效應(yīng)的同時(shí)，因

伴著多種副效應(yīng)，以致實(shí)驗(yàn)測得的兩極之間的電壓并不等于真的值，而是包含著各種副效應(yīng)

引起的附加電壓，因此必須設(shè)法消除。根據(jù)副效應(yīng)產(chǎn)生的機(jī)理可知，采用電流和磁場換向的

所謂對稱測量法，基本上能夠把副效應(yīng)的影響從測量的結(jié)果中消除。具體做法是和大小不變，

并在設(shè)定電流和磁場的正反方向后，依次測量由下列四組不同方向的和組合的兩點(diǎn)之間的電

壓v1,v2,v,.v4,即+is，+b，v1+is，--b，v2--is，--b，v3--is，+b，v4，

然后求上述四組數(shù)據(jù)v1，v2，v3，v4的代數(shù)平均值，可得

vh=(v1—v2+v3—v4)/4

通過對稱測量法求得的vh，雖然還存在個(gè)別無法消除的副效應(yīng)，但其引入的誤差甚小，可以

不計(jì)。四．實(shí)驗(yàn)基本步驟

(1)按連接測試儀和實(shí)驗(yàn)儀之間相應(yīng)的is、vs和im各組連線，is及im換向

開關(guān)投向上方，表明is及im均為正值，反之為負(fù)值。vh、vo切換開關(guān)投向上方測vh，

投向下方測vo。(2)對測試儀進(jìn)行調(diào)零。將測試儀的兩個(gè)調(diào)節(jié)旋鈕均置零位，待開機(jī)數(shù)分

鐘后若vh,顯示不為零，可通過面板左下方小孔的“調(diào)零”電位器實(shí)現(xiàn)調(diào)零，即“0..00“。

(3)測繪切換vh-值。將開關(guān)“vh、vo”投向vh測，測試儀的功能切換置vh，保持

im值不變，測繪vh-is曲線。

(4)測繪vh-im值。實(shí)驗(yàn)儀及試驗(yàn)儀各開關(guān)位置同上。保持半導(dǎo)體的電流is不變，測繪

vh-im曲線。(5)測量vo值。將切換開關(guān)“vh、vo”投向vo測，在零磁場下，取is=2.00ma，

測量vo。(6)確定樣品的導(dǎo)電類型。將實(shí)驗(yàn)儀三組雙刀開關(guān)均投向上方，毫伏表測量電壓為

vaa,取is=2.00ma，-，im=0.6a，測量vh大小及極性，判斷樣品導(dǎo)電類型。(7)求樣

品rh,n,o,u值。

五．實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及處理

繪制vh-is曲線數(shù)據(jù)表

其中電流范圍：im=0.6a；is=1.00~4.00ma

繪制vh-im曲線數(shù)據(jù)表

其中電流范圍：is=3.00ma；im=0.300~0.800a。vo=1mv，d=0.5mm，

由表畫出vh---im關(guān)系線：

由表畫出vh—is關(guān)系線：

相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算rh=（vh*d）/(is*b)=1.06*10^-2(m.v)/(a.t)

u=|rh|o=?.

n=1/|rh|e=6.4*10^（20）（m-3）o=l*i/(s*u)=？

五．實(shí)驗(yàn)結(jié)論：

1.當(dāng)勵磁電流im=0時(shí)，霍爾電壓不為0，且隨著霍爾電流的增加而增加，通過作圖發(fā)

現(xiàn)二者滿

足線性關(guān)系。說明在霍爾元件內(nèi)存在一不等位電壓，這是由于測量霍爾電壓的兩條接線

沒有在同一個(gè)等勢面上造成的。

2.當(dāng)勵磁電流保持恒定，改變霍爾電流時(shí)，測量得到的霍爾電壓隨霍爾電流的增加而增

加，通過作圖發(fā)現(xiàn)二者之間滿足線性關(guān)系。

3.當(dāng)霍爾電壓保持恒定，改變勵磁電流時(shí)，測量得到的霍爾電壓隨勵磁電流的增加而增

加，通過作圖發(fā)現(xiàn)二者之間也滿足線性關(guān)系

六．注意事項(xiàng)：

1..不要帶電接線，中間改變電路時(shí)，一定要先關(guān)閉電源，再連接電路。

2..實(shí)驗(yàn)完成后要整理實(shí)驗(yàn)儀器，先關(guān)閉電源，再將電線拆下，捋好后放在實(shí)驗(yàn)儀器的右

側(cè)。3..儀器開機(jī)前應(yīng)將im、ih調(diào)節(jié)旋鈕逆時(shí)針方向旋到底，使其輸出電流趨于最小，然后

再開機(jī)關(guān)機(jī)前，應(yīng)將im、ih調(diào)節(jié)旋鈕逆時(shí)針方向旋到底，然后切斷電源4..電源開機(jī)后預(yù)熱

幾分鐘，即可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

5..在實(shí)驗(yàn)過程中試驗(yàn)儀的uh開關(guān)應(yīng)至始至終保持閉合，否則會為“1”或數(shù)字跳動現(xiàn)象。

6..改變ih或霍爾元件過程應(yīng)斷開試驗(yàn)儀上的im換向開關(guān)以防長時(shí)間通電而發(fā)熱，導(dǎo)致霍爾

元件升溫影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

篇六：大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告系列之霍爾效應(yīng)

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告

)

篇七：霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

霍爾效應(yīng)—材料電傳導(dǎo)特性測量

一．實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

詳見預(yù)習(xí)報(bào)告

二.實(shí)驗(yàn)原理

詳見預(yù)習(xí)報(bào)告

三．實(shí)驗(yàn)步驟與數(shù)據(jù)記錄

儀器型號：dhd8012型程控?fù)Q相電源cvm-2000型電輸運(yùn)性質(zhì)測試儀1．按實(shí)驗(yàn)裝置圖檢

查測試系統(tǒng)各組件和連線；

2.打開電特性測試儀開關(guān)，預(yù)熱半小時(shí)；打開勵磁電源開關(guān)，預(yù)熱半小時(shí)；并將勵磁電

源設(shè)置為自動掃描；

3.測量電磁鐵的磁場與勵磁電流的關(guān)系

（1）將恒流源的電流端和微伏表上的霍爾電壓測試端與霍爾元件上的相應(yīng)端點(diǎn)連接。設(shè)

置恒流源的輸出電流is分別為3ma,2ma,1ma,然后將勵磁電流im通過計(jì)算機(jī)調(diào)整到5a，按步

長0.5a將電流減小到0，換向后反方向增加到-5a。測出每一點(diǎn)霍爾器件輸出的霍爾電壓；（2）

由公式b?

uhd

,計(jì)算不同勵磁電流對應(yīng)的磁場值，并繪出b—im曲線（霍爾元件的isrb

d

?52.5gs/?）性能參數(shù)；rb

（3）所記錄的數(shù)據(jù)如下表：

表1.測量磁場電流與電磁鐵磁場的關(guān)系

圖1.勵磁電流im與磁場b關(guān)系圖

用matlab擬合曲線得關(guān)系式為b=-946.6*im-250;r-square:1;adjustedr-square:1;

rm:9.768

4.測量半導(dǎo)體樣品的電阻率、霍爾系數(shù)，確定半導(dǎo)體樣品中的載流子濃度和遷移率銻

化銦樣品薄膜厚度d=0.47mm（1）樣品電阻率的測量：不加磁場而通以正電流，給ab和ad

通以恒定電流i，測量vdc（+i）和vbc（+i）；改變電流方向測量vdc（-i）和vbc（-i）；

由上述數(shù)據(jù)，據(jù)式

??

v??d(v1?v2)

??f(1)可獲得半導(dǎo)體樣品的平均電阻率ρ2in2iv2

；

所記錄數(shù)據(jù)如下：

①i從a→b(v1)，i=10ma，測得vdc=0.122mv;i=-10ma,測得vdc’=-0.112mv；②

i從a→d(v2)，i=10ma，測得vbc=0.129mv;i=-10ma,測得vbc’=-0.119mv；①q?

v10.129f()?0.99952（用matlab計(jì)算),,?1.057

v20.122

?1?2.64*10?5??m?2?2.64*10?5??m

v10.119f()?0.99946（用matlab計(jì)算）,②q??1.063,

v20.112

??

?1??2

2

?2.64*10?5??m

(2)霍爾電壓的測量：固定磁場大小（通過調(diào)節(jié)勵磁電流大小，并考慮電磁鐵磁芯的剩磁），

選取恒流源電流的大小，分別改變電流和磁場的方向，利用

v?vh?ve?

1

[(vy)1?(vy)2?(vy)3?(vy)4]得到所用半導(dǎo)體樣品的霍爾電壓值，求出4

霍爾系數(shù)；在此基礎(chǔ)上，改變恒流電源電流大小，測量5個(gè)點(diǎn)，取平均值。所記錄數(shù)據(jù)

如下：im=4.500a

表2.恒流源電流與霍爾電壓關(guān)系表

r?

h?rb?,rb?h

idb?i

由關(guān)系式b=-946.6*im-250知，當(dāng)im=4.500a時(shí)，b=-4509.7gs;d=0.47mm

-83

rb平均值=1.397*10m/c判斷得出載流子為負(fù)電荷；

rb?1/nq，q=1.602*10-19c,n=4.468*1026m-3，即為載流子濃度；

5．測量鐵磁金屬薄膜材料的反常霍爾效應(yīng)；在此基礎(chǔ)上，得到該鐵磁導(dǎo)體樣品的矯頑力

（1）把鐵磁薄膜材料樣品連好，打開電腦，執(zhí)行程序；

（2）計(jì)算機(jī)將完成數(shù)據(jù)的采集工作，并將所測鐵磁性薄膜樣品的磁滯回線畫出。根據(jù)所

測樣品的磁滯回線，判斷其磁各向異性方向并計(jì)算出材料的矯頑力；所測數(shù)據(jù)用origin畫

出的圖形如下：

圖2.磁性薄膜的反常霍爾效應(yīng)曲線

先畫一條直線h=0，與磁滯回線相交于兩點(diǎn)，求出這兩點(diǎn)縱坐標(biāo)的中點(diǎn)mo;畫出m=mo，

與磁滯回線相交于h1和h2，兩者絕對值取平均，就是矯頑力。最后求得其矯頑力3710gs，

磁化方向垂直膜面。

四．實(shí)驗(yàn)分析與討論

1.電流較小，觀察到磁場電流絕對值相同時(shí)，在同一勵磁電流下，正向磁場電流比反向

磁場電流對應(yīng)的磁場絕對值大，為電磁鐵鐵芯存在剩磁的緣故；2.測量霍爾電壓時(shí)采用

v?vh?ve?

1

[(vy)1?(vy)2?(vy)3?(vy)4]，用此方法可以消4

除除了愛廷豪森效應(yīng)以外的其他幾個(gè)附加電勢差—能斯特效應(yīng)、里紀(jì)勒杜克效應(yīng)等，因

為愛森豪廷效應(yīng)所引起的誤差約為5%，所以可以認(rèn)為上述結(jié)果就是霍爾電壓。實(shí)驗(yàn)中，第二

步

和第三步改變電流方向時(shí)，測量動作要快，由帕爾帖效應(yīng)引起的溫度梯度來不及改變方向時(shí)

就應(yīng)測量完畢，這樣熱流方向就不會變化，能斯特效應(yīng)和里紀(jì)勒杜克效應(yīng)就只取決于磁場；3.

用計(jì)算機(jī)掃描樣品的磁滯回線時(shí)，初次使用時(shí)掃描范圍應(yīng)大一些，步長也大一些，這樣可以

在較短時(shí)間內(nèi)看出磁滯回線的大致輪廓，而后調(diào)整掃描范圍，縮短步長，直到得到較為理想

的曲線；

4.測量鐵磁金屬薄膜材料的反常霍爾效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中，在一開始我們測出的曲線十分異常，

推測為樣品與儀器接口接觸不良或樣品有損壞等原因造成。在重新安裝樣品確認(rèn)所有接口都

正常接觸的情況下曲線仍然異常（無法閉合），故肯定為樣品損壞致使其無法體現(xiàn)反常霍爾效

應(yīng)；更換樣品后這一現(xiàn)象消失。五．實(shí)驗(yàn)小結(jié)

1.電磁鐵的磁場與勵磁電流的關(guān)系：b=-946.6*im-250，呈線性；2.半導(dǎo)體樣品的

電阻率ρ=2.64*10?5??m；

-83

3.所測樣品載流子為負(fù)電荷，霍爾系數(shù)rb=1.397*10m/c；載流子濃度n=4.468*1026m-3；

4.鐵磁導(dǎo)體樣品的矯頑力=3710gs。

參考文獻(xiàn)

《光電信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)實(shí)驗(yàn)講義》復(fù)旦大學(xué)光科學(xué)與工程系2012年8月

篇八：霍爾效應(yīng)的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)報(bào)告

一、名稱：霍爾效應(yīng)的應(yīng)用二、目的：

1．霍爾效應(yīng)原理及霍爾元件有關(guān)參數(shù)的含義和作用

2．測繪霍爾元件的vh—is，vh—im曲線，了解霍爾電勢差vh與霍爾元件工作電流is，

磁場應(yīng)強(qiáng)度b及勵磁電流im之間的關(guān)系。3．學(xué)習(xí)利用霍爾效應(yīng)測量磁感應(yīng)強(qiáng)度b及磁場分

布。4．學(xué)習(xí)用“對稱交換測量法”消除負(fù)效應(yīng)產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差。

三、器材：

1、實(shí)驗(yàn)儀：

（1）電磁鐵。（2）樣品和樣品架。

（3）is和im換向開關(guān)及vh、vó切換開關(guān)。2、測試儀：（1）兩組恒流源。（2）

直流數(shù)字電壓表。

四、原理：

霍爾效應(yīng)從本質(zhì)上講是運(yùn)動的帶電粒子在磁場中受洛侖茲力作用而引起的偏轉(zhuǎn)。當(dāng)帶電

粒子（電子或空穴）被約束在固體材料中，這種偏轉(zhuǎn)就導(dǎo)致在垂直電流和磁場方向上產(chǎn)生正

負(fù)電荷的聚積，從而形成附加的橫向電場，即霍爾電場eh。如圖15-1所示的半導(dǎo)體試樣，

若在x方向通以電流is，在z方向加磁場b，則在y方向即試樣a-a/電極兩側(cè)就開始聚

集異號電荷而產(chǎn)生相應(yīng)的附加電場。電場的

指向取決于試樣的導(dǎo)電類型。對圖所示的n型試樣，霍爾電場逆y方向，（b）的p型試樣則

沿y方向。即有

eh

(y)?0?(n型)eh(y)?0?(p型)

顯然，霍爾電場eh是阻止載流子繼續(xù)向側(cè)面偏移，當(dāng)載流子所受的橫向電場力eeh與洛

侖茲力eb相等，樣品兩側(cè)電荷的積累就達(dá)到動態(tài)平衡，故

eeh?eb（1）其中eh為霍爾電場，v是載流子在電流方向上的平均漂移速度。

設(shè)試樣的寬為b，厚度為d，載流子濃度為n，則

is?nebd（2）由（1）、（2）兩式可得：vh

1ne

?ehb?

1isbne

d

?rh

isbd

(3)

即霍爾電壓vh（a、a／電極之間的電壓）與isb乘積成正比與試樣厚度d成反比。比

例系數(shù)rh

?

稱為

只要測出vh（伏）以及知道is（安）、b（高斯）和d（厘米）可按下式計(jì)算rh（厘米

3／庫侖）：rh＝

vhdisb

?10

8

（4）

上式中的108是由于磁感應(yīng)強(qiáng)度b用電磁單位（高斯）而其它各量均采用cgs實(shí)用單位

而引入。

由于產(chǎn)生霍爾效應(yīng)的同時(shí)，伴隨多種副效應(yīng)，以致實(shí)測的霍爾電場間電壓不等于真實(shí)的

vh值，因此必需設(shè)法消除。根據(jù)副效應(yīng)產(chǎn)生的機(jī)理，采用電流和磁場換向的對稱測量法基本

上能把副效應(yīng)的影響從測量結(jié)果中消除。具體的做法是is和b（即im）的大小不變，并在設(shè)

定電流和磁場的正反方向后，依次測量由下面四組不同方向的is和b（即im）時(shí)的v1，v2，

v3，v4，

1）+is+bv12）+is-bv23）-is-bv34）-is+bv4

然后求它們的代數(shù)平均值，可得：

vh?

v1?v2?v3?v4

4

通過對稱測量法求得的vh誤差很小。

另一方面，射載流子濃度為n,薄片厚度為d,則電流強(qiáng)度i與u的關(guān)系為：

i?bdnqu??(5)，則可得到vbb??

1ibnqd

??(6)，令r?

1nq

，則vbb??r

ibd

??

(7)，r稱為霍爾系數(shù)，它體現(xiàn)了材料的霍爾效應(yīng)大小。根據(jù)霍爾效應(yīng)制作的元件稱

為霍爾元件。

在應(yīng)用中，(6)常以如下形式出現(xiàn)：vbb??khib??(8)，式中k

為霍爾元件靈敏度，i稱為控制電流。

可見，若i、kh已知，只要測出霍爾電壓vbb’，即可算出磁場b的大小；并且若知載流

子類型(n型半導(dǎo)體多數(shù)載流子為電子，p型半導(dǎo)體多數(shù)載流子為空穴),則由vbb’的正負(fù)可

測出磁場方向，反之，若已知磁場方向，則可判斷載流子類型。

由于霍爾效應(yīng)建立所需時(shí)間很短(10-12~10-14s),因此霍爾元件使用交流電或者直流電

都可。指示交流電時(shí)，得到的霍爾電壓也是交變的，i和vbb’應(yīng)理解為有效值。

h

?

rd

?

1nqd

稱

五、步驟：

1、測量霍耳電壓vh與工作電流is的關(guān)系。

①對測試儀進(jìn)行調(diào)零。將測試儀的“i

s

調(diào)節(jié)”和“im調(diào)節(jié)”旋鈕均置零位，

待開機(jī)數(shù)分鐘后若vh顯示不為零，可通過面板左下方小孔的“調(diào)零”電位

器實(shí)現(xiàn)調(diào)零，即“0.00”。

②測繪v

h

-is曲線。將實(shí)驗(yàn)儀的“vh，v?”切換開關(guān)投向vh側(cè)，測試儀的

“功能切換”置vh，保持im值不變（取im=0.6a），繪制vh-is曲線。2、測量霍耳電

壓vh與工作電流im的關(guān)系。

實(shí)驗(yàn)儀與測試儀各開關(guān)位置同上。保持半導(dǎo)體的電流is不變（取=300ma），繪制vh-im

曲線。

3、測量v?值。將切換開關(guān)“vh，v?”投向v?側(cè)，“功能切換”置v?。在零

is

磁場下，取is=2.00ma，測量v?。

4、確定樣品的導(dǎo)電類型。將實(shí)驗(yàn)儀三組雙刀開關(guān)均投向上方，即is沿x方向，b沿z

方向。毫伏表測量電壓為vaa?。取is=2.00maim=0.6a，測量vh大小及極性，判斷樣品導(dǎo)

電類型。5、求樣品rh，n，?，μ值。

六、記錄：

1．測繪uh?is曲線，保持im=0.6a、is=1.00~4.00ma不變，在表格中記錄霍

2．測繪uh

?im曲線，保持is=3.00ma；im=0.300~0.800a不變，在表格中記

測得：v?=130.6mv

vh=-5.40mv

七、數(shù)據(jù)處理：

1、根據(jù)數(shù)據(jù)表作出曲線圖：

2、在零磁場下，取is=2.00ma，測出v?=130.6mv

3、確定樣品的導(dǎo)電類型。測出霍耳電壓vh=-5.40mv<0,故樣品屬n型。4、求樣品

rh，n，?，μ值。(1)由rh?得

rh??

?(6.16?10

?3

vhdisb

?

vh

d

is0.1x?im

?3

分別求出表1、2的rh，再求出其平均值rh、rh?，

?3

?3

?3

?3

?6.16?10?6.14?10?6.16?106

?3

?6.14?10?6.16?10)

?3

??6.15?10(vm/at)

?3

rh???

?(6.02?10

?3

?5.96?10

?3

?3

?5.99?10

?3

?6.0?10

?3

?6.03?10

?3

?6.09?10)

6

??6.02?10(vm/at)

?3

故rh=

?(6.15?10

1

?6.02?10)2

1

6.09?10

?3

=?6.09?10（vm/at）

?19

?3

（2）n?（3）?=

|rh|eislu?s

?

?1.6?10

?1.03?10(at/(v?m?c))

21

?22.06(a/vm)

(4)??|rh|??6.09?10?3?22.06?0.13(t?1)

八、預(yù)習(xí)思考題：

1、霍耳元件為什么要用半導(dǎo)體材料，而且要求做得很薄？霍爾電壓是如何產(chǎn)

生的？

答：半導(dǎo)體材料的遷移率?高，電阻率?適中，是制造霍耳器件較理想的材料。

2、工作電流和磁場為什么要換向？實(shí)際操作時(shí)如何實(shí)現(xiàn)？

答：為了把產(chǎn)生霍耳效應(yīng)的時(shí)候所伴隨的副效應(yīng)的影響從測量的結(jié)果中消除。實(shí)際操作

時(shí)通過切換實(shí)驗(yàn)儀三組雙刀開關(guān)改變電流和磁場的方向。

u?分別表示什么含義？is、im的作用分別是什么？uh、3、回答is、im、

答：is表示樣品工作電流；im表示勵磁電流；uh表示存在磁場時(shí)的霍耳電壓；u?表示

在零磁場下的霍耳電壓。is的作用是改變電流大小和方向，im的作用是改變磁場的大小及方

向。

4、霍耳效應(yīng)有哪些應(yīng)用？

答：在現(xiàn)代汽車上廣泛應(yīng)用的霍爾器件有：在分電器上作信號傳感器、abs系統(tǒng)中的速

度傳感器、汽車速度表和里程表、液體物理量檢測器、各種用電負(fù)載的電流檢測及工作狀態(tài)

診斷、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速及曲軸角度傳感器。

九、操作后思考題：

1、

如何精確測量霍耳電壓？本實(shí)驗(yàn)采用什么方法消除各種附加電壓？

答：設(shè)法消除產(chǎn)生霍爾效應(yīng)時(shí)伴隨的多種副效應(yīng)。本實(shí)驗(yàn)采用電流和磁場換向的所謂對

稱測量法。

2、磁場不恰好與霍耳片的法線一致，對測量結(jié)果有何影響？

答：磁場不與霍爾片垂直，只有其法向分量能起作用，即霍爾片產(chǎn)生的霍爾電壓會減小。

3、能否用霍耳元件片測量交變磁場？若能，怎樣測量？

答：能。

4、如何根據(jù)i，b和vh的方向，判斷所測樣品為n型半導(dǎo)體還是p型半導(dǎo)體？

答：先設(shè)定i，b和vh的參考正方向：例如設(shè)定i從左向右為正，b垂直紙面向內(nèi)為正，

正電荷向上偏轉(zhuǎn)，則vh從下向上為正。然后將測量儀器按參考正方向連接。電流表要左邊接

紅表筆，右邊接黑表筆，電壓表要下表面接紅表筆，上表面接黑表筆。然后將i，b均調(diào)為正，

觀察電壓表的正負(fù)。根據(jù)u?kib，如果電壓表為負(fù)數(shù)，則靈敏度k?0，電子導(dǎo)電，n型半導(dǎo)體；

如果電壓表為正數(shù)，k?0，空穴導(dǎo)電，p型半導(dǎo)體。5、

請根據(jù)歐姆定律推導(dǎo)出??答：歐姆定律r?故電導(dǎo)率??6、

islu?s

ui

islu?sls

（電導(dǎo)率?為電阻率?的倒數(shù)）。

ui??

ls?1l

,u?，而i?ius

，電阻r??，則有

?s

?

，

本實(shí)驗(yàn)的誤差的主要誤差有哪些，這些誤差對實(shí)驗(yàn)有何影響？

答：主要誤差有：測量工作電流的電流表的測量誤差，測量霍爾器件厚度d的長度測量

儀器的測量誤差，測量霍爾電壓的電壓表的測量誤差，磁場方向與霍爾器件平面的夾角影響

等。這些誤差會影響霍耳系數(shù)rh的計(jì)算，從而影響到載流子濃度n和遷移率?的計(jì)算。

.....

..

學(xué)習(xí)參考

1.若不給自己設(shè)限，則人生中就沒有限制你發(fā)揮的藩籬。2.若不是心寬似海，哪有人生風(fēng)

平浪靜。在紛雜的塵世里，為自己留下一片純靜的心靈空間，不管是潮起潮落，也不管是陰

晴圓缺，你都可以免去浮躁，義無反顧，勇往直前，輕松自如地走好人生路上的每一步3.花

一些時(shí)間，總會看清一些事。用一些事情，總會看清一些人。有時(shí)候覺得自己像個(gè)神經(jīng)病。

既糾結(jié)了自己，又打擾了別人。努力過后，才知道許多事情，堅(jiān)持堅(jiān)持，就過來了。4.歲月

是無情的，假如你丟給它的是一片空白，它還給你的也是一片空白。歲月是有情的，假如你

奉獻(xiàn)給她的是一些色彩，它奉獻(xiàn)給你的也是一些色彩。你必須努力，當(dāng)有一天驀然回首時(shí)，

你的回憶里才會多一些色彩斑斕，少一些蒼白無力。只有你自己才能把歲月描畫成一幅難以

忘懷的人生畫卷。