霍爾元件基本參量及磁場測量課件

霍爾傳感器基本參量及磁場測量

物理實(shí)驗中心1、背景知識

美國物理學(xué)家霍爾(EdwinHerbertHall，1855—1938)

1879年在研究金屬的導(dǎo)電機(jī)制時發(fā)現(xiàn)了“霍爾效應(yīng)(HallEffect)”。

后來發(fā)現(xiàn)，在半導(dǎo)體、導(dǎo)電流體等材料中也有這種效應(yīng)，而半導(dǎo)體的霍爾效應(yīng)比金屬強(qiáng)得多。

目前，利用這種現(xiàn)象制成了多種多樣的半導(dǎo)體霍爾元件，被廣泛地應(yīng)用于自動控制技術(shù)、檢測技術(shù)、電子信息處理等方面，從而使霍爾效應(yīng)在應(yīng)用技術(shù)中有了廣泛而重要的應(yīng)用。2、實(shí)驗?zāi)康?、霍爾效應(yīng)的原理，測量霍爾系數(shù)和電導(dǎo)率。2、了解霍爾電壓與工作電流的關(guān)系，霍爾電壓與磁場的關(guān)系。3、了解霍爾效應(yīng)的附加效應(yīng)及消除方法，掌握正確測量霍爾電壓的方法。4、掌握用霍爾器件測量電磁鐵磁場B，和磁導(dǎo)率的方法。4、實(shí)驗原理

將靜止的載流導(dǎo)體(或半導(dǎo)體)置于外磁場中，當(dāng)電流I的方向與磁場B

的方向有一定夾角時，在沿載流體電流方向且平行于磁場方向的兩個側(cè)面之間會出現(xiàn)電勢差，這一現(xiàn)象就是“霍爾效應(yīng)”，這個電勢差叫做“霍爾電壓”。

霍爾效應(yīng)的本質(zhì)是運(yùn)動的帶電粒子在磁場中受洛侖茲力作用而引起偏轉(zhuǎn)，當(dāng)帶電粒子被約束在固體材料中，這種偏轉(zhuǎn)就導(dǎo)致在垂直于電流和磁場方向的導(dǎo)體兩表面產(chǎn)生正、負(fù)電荷的聚集，從而在材料中形成附加的橫向電場。不等位效應(yīng)：電極不在等位面上，產(chǎn)生不等為電位差，只與有關(guān)與B無關(guān)。埃廷豪森效應(yīng)：載流子運(yùn)動的速度不同，引起溫差電壓，的正負(fù)與，B的方向有關(guān)。能斯特效應(yīng)：電流電極與霍爾片的接觸電阻不等，產(chǎn)生附加電壓，的大小取決于磁場方向。里紀(jì)勒杜克效應(yīng)：由于熱擴(kuò)散電流的載流子的遷移速度不同，產(chǎn)生相應(yīng)的溫度電壓，的大小與B的方向有關(guān)，與無關(guān)。

4.1霍爾效應(yīng)附加效應(yīng)由于以上原因，霍爾元件載測量中產(chǎn)生多種附加電壓，這些附加電壓會引起測量的系統(tǒng)誤差所以測量時必須被抵償?shù)?。為抵消附加效?yīng)：

在實(shí)驗中要用“對稱測量法”消除由此造成的系統(tǒng)誤差。那么，在實(shí)驗中要首先定義“IS”和“B”的方向，以及V1，V2，V3，V4和

“+B+IS”，“+B-IS”，“-B+IS”，“-B-IS”的對應(yīng)關(guān)系。5.2半導(dǎo)體材料的幾何尺寸和線路連接圖5.3霍爾元件實(shí)驗儀和測量儀實(shí)驗儀霍爾元件測量儀1、測繪VH-Is關(guān)系曲線[霍爾效應(yīng)]。用表4.7.1記錄數(shù)據(jù)?；魻栐糜陔姶盆F氣隙中心。調(diào)節(jié)：6.實(shí)驗內(nèi)容用作圖法求出斜率根據(jù)公式計算霍爾系數(shù)和載流子濃度2、繪制IS-Vσ曲線[歐姆定律]測量霍爾元件的電導(dǎo)率、載流子遷移率，用表4.7.2記錄數(shù)據(jù)。調(diào)節(jié)：要斷開開關(guān)注意3、測繪VH-IM關(guān)系曲線，用表3.7.3記錄數(shù)據(jù)，霍爾元件置于電磁鐵氣隙中心；調(diào)節(jié):在坐標(biāo)紙上繪圖xB

NS50mm1.用坐標(biāo)紙繪制四個實(shí)驗的圖形并計算結(jié)果。7、實(shí)驗報告要求2.報告要求分析四個坐標(biāo)圖的物理意義，并給出文字說明和實(shí)驗結(jié)論。

8、注意1，開機(jī)，預(yù)熱10分鐘，再取數(shù)據(jù)。2，嚴(yán)禁拆缷、改動儀器連線！3，嚴(yán)格控制電流大小：

IS≤1mA