大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告系列之霍爾效應(yīng)(共3頁(yè))

1、 【實(shí)驗(yàn)名稱】 霍爾效應(yīng) 【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?了解霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)原理以及有關(guān)霍爾器件對(duì)材料要求的知識(shí)。2學(xué)習(xí)用“對(duì)稱測(cè)量法”消除付效應(yīng)的影響，測(cè)量試樣的VHIS；和VHIM曲線。3確定試樣的導(dǎo)電類型、載流子濃度以及遷移率?！緦?shí)驗(yàn)儀器】 霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀【實(shí)驗(yàn)原理】霍爾效應(yīng)從本質(zhì)上講是運(yùn)動(dòng)的帶電粒子在磁場(chǎng)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(chǎng)的方向上產(chǎn)生正負(fù)電荷的聚積，從而形成附加的橫向電場(chǎng)，即霍爾電場(chǎng)。對(duì)于圖1（a）所示的N型半導(dǎo)體試樣，若在X方向通以電流1s，在Z方向加磁場(chǎng)B，試樣中載流子（電子）將受洛侖茲力FB = eB （1）則在Y

2、方向即試樣A、電極兩側(cè)就開(kāi)始聚積異號(hào)電荷而產(chǎn)生相應(yīng)的附加電場(chǎng)一霍爾電場(chǎng)。電場(chǎng)的指向取決于試樣的導(dǎo)電類型。對(duì)N型試樣，霍爾電場(chǎng)逆Y方向，P型試樣則沿Y方向，有： Is (X)、 B (Z) EH (Y) <0 (N型) EH (Y) >0 (P型)顯然，該電場(chǎng)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(chǎng)力與洛侖茲力相等時(shí)，樣品兩側(cè)電荷的積累就達(dá)到平衡，故有 = （2）其中為霍爾電場(chǎng)，是載流子在電流方向上的平均漂移速度。設(shè)試樣的寬為，厚度為，載流子濃度為，則 （3）由（2）、（3）兩式可得 （4）即霍爾電壓（、 電極之間的電壓）與乘積成正比與試樣厚度成反比。比例系數(shù) 稱為霍爾系數(shù)

3、，它是反映材料霍爾效應(yīng)強(qiáng)弱的重要參數(shù)， 1、由RH的符號(hào)(或霍爾電壓的正、負(fù))判斷樣品的導(dǎo)電類型判斷的方法是按圖一所示的Is和B的方向，若測(cè)得的VH = VAA觸f <0，(即點(diǎn)A的電位低于點(diǎn)A的電位) 則RH為負(fù)，樣品屬N型，反之則為P型。 2、由RH求載流子濃度n 即 。應(yīng)該指出，這個(gè)關(guān)系式是假定所有的載流子都具有相同的漂移速度得到的，嚴(yán)格一點(diǎn)，考慮載流子的速度統(tǒng)計(jì)分布，需引入的修正因子（可參閱黃昆、謝希德著半導(dǎo)體物理學(xué)）。3、結(jié)合電導(dǎo)率的測(cè)量，求載流子的遷移率 m。電導(dǎo)率 s 與載流子濃度n以及遷移率 m 之間有如下關(guān)系： （6）即，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)出 s 值即可求出 m 。根據(jù)上述可知

4、，要得到大的霍爾電壓，關(guān)鍵是要選擇霍爾系數(shù)大（即遷移率m 高、電阻率 r 亦較高）的材料。因，就金屬導(dǎo)體而言，m 和 r 均很低，而不良導(dǎo)體 r 雖高，但極小， （7）來(lái)表示器件的靈敏度，稱為霍爾靈敏度【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】1、測(cè)繪-Is曲線。將實(shí)驗(yàn)儀的“、”切換開(kāi)關(guān)投向側(cè)，測(cè)試儀的“功能切換”置。保持值不變（取=0.6A）,測(cè)繪-Is曲線，2、測(cè)繪-曲線。實(shí)驗(yàn)儀及測(cè)試儀各開(kāi)關(guān)位置同上。保持Is值不變（Is=3.00mA）,測(cè)繪-曲線，3、測(cè)量值將“、”切換開(kāi)關(guān)投向側(cè)，測(cè)試儀的“功能切換”置。在零磁場(chǎng)下，取=2.00mA，測(cè)量。注意：Is取值不要過(guò)大，以免太大，毫伏表超量程（此時(shí)首數(shù)碼顯示為1，后三位數(shù)

5、碼熄滅）。4、確定樣品的導(dǎo)電類型 將實(shí)驗(yàn)儀三組雙刀開(kāi)關(guān)均投向上方，即Is沿X方向，B沿Z方向，毫伏表測(cè)量電壓為VAA，。取Is=2mA，IM = 0.6A，測(cè)量VH大小及極性，判斷樣品導(dǎo)電類型。5、求樣品的RH、n、和值?！緮?shù)據(jù)表格與數(shù)據(jù)記錄】1.004.094.024.024.110.041.506.156.036.066.180.062.008.218.38.048.200.0852.5010.2510.0610.0410.270.1053.0012.3312.0512.0512.290.1304.0016.3916.0716.0916.410.1600.3004.184.023.954.180.09750.4005.525.375.305.490.0850.5006.846.686.676.840.08250.6008.198.048.038.210.08250.7009.559.049.389.550.1700.80010.9010.7510.7410.920.0825 由公式由公式由公式西門子/米由公式【小結(jié)與討論】(1) 了解了霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)原理以及有關(guān)霍爾器件丟材料的要求的知識(shí)，了解到一些物理量比如說(shuō)霍爾系數(shù)，遷移率，電導(dǎo)率霍爾靈敏度等 (2) 如何判別霍爾元件的載流子類型？討論知道電流方向一定，載流子