霍爾效應(yīng)北京科技大學(xué)物理試驗(yàn)報(bào)告

1、霍爾效應(yīng)2019年10月8日一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶W(xué)習(xí)霍爾效應(yīng)原理和霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中的副效應(yīng)及其消除方法。學(xué)習(xí)確定半導(dǎo)體試樣的導(dǎo)電類型、載流子濃度以及遷移率的方法。二、實(shí)驗(yàn)儀器QS-H型霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)組合儀，半導(dǎo)體（硅）樣品，導(dǎo)線等。三、實(shí)驗(yàn)原理由于洛倫茲力的作用，電荷出現(xiàn)橫向偏轉(zhuǎn)并在樣品邊界處累積， 產(chǎn)生一個(gè)橫 向的電場(chǎng)E。當(dāng)載流子所受到的電場(chǎng)力 與洛倫茲力 相等時(shí)，樣品兩側(cè)電荷累 積達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，此時(shí) ，即如果N型半導(dǎo)體薄片的載流子濃度為n,樣品薄片寬度為b,厚度為d,則有由（1） （2）可得式中，稱為霍爾系數(shù)，單位若待測(cè)半導(dǎo)體材料只有一種載流子導(dǎo)電且所有載流子具有相同的漂移速度，則載流子濃度n為若考慮

2、載流子的速度統(tǒng)計(jì)分布，能帶結(jié)構(gòu)等因素，需引入 的系數(shù)載流子的遷移速率為為樣品的導(dǎo)電率式中，為樣品電阻率； 為A、C電極間的距離（如圖1所示）；為樣品的橫截面積；為通過(guò)樣品的電流；為在零磁場(chǎng)下A、C間的電壓。圖（1）圖（2）四、實(shí)驗(yàn)步驟1、線路連接，如圖2所示2、保持磁場(chǎng)（即勵(lì)磁電流 ）大小不變，改變霍爾電流大小 的大小，測(cè)繪霍 爾電壓與電流關(guān)系曲線。取，電壓測(cè)量開關(guān)選擇 ，分別改變 和 換向開關(guān)方向，將測(cè)量數(shù)據(jù)填入表1中。3、保持樣品電流 不變（）改變勵(lì)磁電流 的大小，測(cè)量霍爾電壓與磁場(chǎng)的關(guān)系曲線。電壓測(cè)量開關(guān)選擇 ，分別改變 和 換向開關(guān)方向，將測(cè)量數(shù)據(jù)填入表2中。4、根據(jù)以上 和曲線驗(yàn)證在

3、磁場(chǎng)不太強(qiáng)時(shí)霍爾電壓與電流和磁場(chǎng)的關(guān)系。，已知。5、根據(jù)測(cè)量電路中的電流、磁場(chǎng)、霍爾電壓及測(cè)量數(shù)據(jù)的正負(fù)，判斷導(dǎo)體的導(dǎo) 電類型。6、在零磁場(chǎng)（）下，取，電壓表開關(guān)合向 測(cè)A、C間的電壓，數(shù)據(jù)計(jì)入表3中。五、數(shù)據(jù)處理表2樣品電流表2樣品電流表1勵(lì)磁電流=0.45A測(cè)量次數(shù)/mA/mV/mV/mV/mV/mV11.0017.9-17.916.3-16.417.122.0035.9-35.932.9-32.934.433.0053.7-53.749.1-49.251.444.0071.7-71.865.7-65.768.755.0088.8-89.282-84.186.066.00108-106.8

4、98.9-98.6103.177.00128.8-124.7114.4-113.5120.488.00146.5-143.5129.4-129.4137.299.00162-163144.7-146.9154.21010.00179-182.5160.2-163.8171.4測(cè)量次數(shù)/mA/mV/mV/mV/mV/mV150.0010.9-10.94.7-4.77.82100.0018.3-18.412.3-12.415.43150.0026.0-26.019.9-20.023.04200.0033.5-33.527.5-27.630.55250.0040.9-41.035.0-35.138.

5、06300.0048.5-48.542.6-42.745.67350.0056.0-56.150.1-50.153.18400.0063.7-63.757.6-57.660.79450.0071.0-71.165.1-65.268.110500.0078.8-78.873.0-73.075.9根據(jù)表1、表2數(shù)據(jù)分別做出關(guān)系圖如圖1、圖2所示:1S0.0V-17d35x+0d417.RJ-/100.0系列1緩性（系列U51。!12 /5/mA仃耳/mV580.060.020.000OjOO 100.00200.00300.00400.00500.00600.00 系列1線性（系列1）L/mA1、

6、由式（3）和式得已知 ,由圖1中 關(guān)系，知當(dāng)時(shí)，一故由圖2中 的關(guān)系，知當(dāng)時(shí)，一故根據(jù)計(jì)算得，在控制變量實(shí)驗(yàn)得兩種控制方案中所得結(jié)果相等：2、如圖（1）所示，、B的方向?qū)?yīng)實(shí)際實(shí)驗(yàn)中、 的方向，實(shí)驗(yàn)測(cè)得A側(cè)電位低于A,由右手定則可判斷載流子類型為 N型，載流子為電子，其電荷則載流子濃度3、電導(dǎo)率， ， ，測(cè)出故4、遷移率六、分析與討論與磁場(chǎng)B的方向及熱流有關(guān)與磁場(chǎng)B的方向及熱流有關(guān)1/2 (+)= + , 1/2 (+)=- (+ )測(cè)量與時(shí)，磁場(chǎng)B的方向未發(fā)生變化測(cè)量與時(shí)，磁場(chǎng)B的方向未發(fā)生變化根據(jù)表1霍爾電壓與霍爾電流的關(guān)系可處理出下表(表 3)測(cè)量次數(shù)12345678910IS/mA1.002.003.004.005.006.007.008.009.0010.00UN+UR000-0.05-0.20.62.051.5-0.5-1.75-(UN+UR)-0.050-0.050-1.050.150.450-1.1-1.8同理，處理表2數(shù)據(jù)如下表(表4)測(cè)量次數(shù)12345678910IS/mA4.0UN+UR0-0.0500-0.050-0.050-0.050-(UN+UR)0-0.05-0.05-0.05-0.05-0.0500-0.050對(duì)比表3