Transcript 实验11 霍尔效应法测磁场

实验3.4 霍尔效应法测磁场
实验目的
实验仪器
实验原理
实验内容和步骤
思考题
Shenzhen lean-sigma consultant Co., LTD 版权所有 翻版必究
大学物理实验
实验目的：
1.了解霍尔效应实验原理以及有关霍尔器
件对材料要求的知识
2.掌握测试霍尔元件的工作特性的方法
3.学习用霍尔效应测量磁场的方法
4.学习用“对称测量法”消除副效应的影响
5.描绘霍尔元件试样的VH - IS和VH - IM曲线
6.学习用霍尔元件测绘长直螺线管的轴向
磁场分布，描绘B - X曲线
大学物理实验
实验仪器：
• HL-Ⅲ型霍尔效应实验组合仪(电源)
• HL-C型螺线管实验装置
大学物理实验
实验原理：
1.霍尔效应法测量磁场原理
霍尔效应从本质上讲是指运动的带电粒子在
磁场中受洛伦兹力作用而引起偏转的现象。
A’
l
+++++++++++++
Y
Z
O
X
v
b
------------A
图1
IS
eEH
EH
C’
l
-------------
d
d
IS
A’
C’
C
霍尔效应法测量磁场原理
eEH
EH
+e
+++++++++++++
A
v
b
C
大学物理实验
对于图1所示的半导体试样，若在X方向通以电
流IS ，在Z方向加磁场B，则在Y方向即试样A、A'
方向电极两侧就开始聚积异号电荷而产生相应的附
加电场——霍尔电场，电场的指向取决于试样的导
电类型。
当样品两侧电荷的积累就达到平衡，故有
_
eEH  ev B
(1)
通过的电流为：
_
I S  ne v bd
(2)
大学物理实验
由（1）和（2）式，得
IS B
1 IS B
VH  EH b 
 RH
(3)
ne d
d
1
RH 
霍尔系数，反映材料的霍尔效应强弱的重要参数
ne
RH
KH 
霍尔元件的灵敏度
d
（3）式可写为：
VH  KH I S B
VH
B 
KH IS
(4)
(5)
大学物理实验
2.霍尔电压的VH测量方法——对称测量法
A
电极A和A’的位置难做到在一
个理想的等势面上
VH
IS
等
势
面
当有IS流过样品时，即使
不加磁场也会产生附加电
压
V0  I S R
A′
图2
大学物理实验
符号只与电流方向有关，与磁场无关，可以通
过改变电流方向予以消除。
V0
在规定了电流和磁场的正、反方向后，分别
测量由下列四组不同方向的IS和B组合的VH ，这种
测量VH的方法称为“对称测量法”
即：
V1  V2  V3  V4
VH 
4
(6)
大学物理实验
3.载流长直螺线管内的磁感应强度
对于一个有限长的螺线
管，在距两端口等距离
的中心点，磁感应强度
最大，为
B  0  n  I M
B
BM
(7)
图3
O
磁力线分布
X
在其内部的磁场是均匀的，仅在靠近两端口处，
才呈现出明显的不均匀性
大学物理实验
实验内容及步骤：
1.霍尔元件输出特性测量 。
（1）连接测试仪和实验仪之间相对应的VH、IS、IM各
组连线；
（2）转动霍尔元件探杆支架的旋钮X，慢慢将霍尔元
件试样移到螺线管的中心位置
（3）描绘VH～IS曲线
（4）测绘VH～IM曲线
大学物理实验
2.测绘螺线管轴线上磁感应强度的分布
（1）以相距螺线管两端口等距离的中心位置为坐标
原点，调节旋钮X，改变探杆的位置，测量各
点的磁场。
（2）绘制B～X曲线，验证螺线管端口的磁感应强度
为中心位置磁感应强度的1/2（可不考虑温度对
VH的修正）。
（3）将螺线管中心的B值与理论值进行比较，求出相
对误差（需考虑温度对VH值的影响）。
大学物理实验
注意事项：
1.测绘B～X曲线时，螺线管两端口附近磁感应强度变
化大，应多测几点。
2.在实验台和仪器接线时，切记不能将测试仪电源的
励磁电源“IM输出”误接到实验装置的“IS输入”
或“VH输出”接错，否则一旦通电，霍尔样品将会
遭损坏。
大学物理实验
思考题：
1. 对称测量法能否完全消除副效应影响？你能想出
更好的实验方法吗？
2. 霍尔元件通以交变电流时如何测量所产生的霍尔
电压？
3. 如何根据霍尔电压的正负来判别半导体材料的导
电类型？
大学物理实验
作业：
完成本次实验的数据处理，预习下一次实验内容。