霍尔效应及其应用(测磁场)_2014-2-27

大学物理实验教案徐娙梅-e++++++++++----------IsDEA＇ACυFBEHIsByzx图1霍尔效应原理图霍尔效应及其应用（螺线管轴向磁感应强度分布的测定）授课对象：全院工科学生实验目的：（1）掌握测试霍尔器件的工作特性。（2）学习用霍尔效应测量磁场的原理和方法。（3）学习用霍尔器件测绘长直螺线管的轴向磁场分布。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运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力作用而引起的偏转。当带电粒子（电子或空穴）被约束在固体材料中时，这种偏转就导致在垂直电流和磁场的方向的边界上产生正负电荷的聚积，从而形成附加的横向电场。对于图1所示的半导体试样，若在x方向通以电流sI，在z方向加磁场B，则在y方向，即试样A和A电极两侧就开始聚积异号电荷而产生相应的附加电场。电场的指向取决于试样的导电类型。显然，该电场是阻止载流子继续向侧面偏移，当载流子所受的横向电场力HeE与洛仑兹力Be相等时，样品两侧电荷的积累就达到平衡，故有BeeEH（1）(HE为霍尔电场，是载流子在电流方向上的平均漂移速度。)设试样的宽为b，厚度为d，载流子浓度为n，即：bdneIs（2）由（1）、（2）两式可得：BIKdBIRdBInebEVsHsHsHH1（3）(dRKHH/称为霍尔器件的灵敏度，它表示该器件在单位工作电流和单位磁感应强度下输出的霍尔电压。)sHHIKVB（4）在产生霍尔效应的同时，伴随着各种附加效应的产生：不等势电压V0；温差电效应引起的附加电压VE；热磁效应直接引起的附加电压VN；热磁效应产生的温差引起的附加电压VRL。采用对称测量法消除误差：)(414321VVVVVH2、载流长直螺线管内的磁感应强度对于有限长的螺线管，在距离两端等远的中心点，磁感应强度最大，MNIB00-e大学物理实验教案徐娙梅实验内容：1．测绘sHIV曲线：取AIM800.0，测试过程中保持不变。依次调节IS，用对称法测量霍尔电压VH，并绘制sHIV曲线。霍尔器件的位置：X1=cmX2=cmIS(mA)V1(mV)V2(mV)V3(mV)V4(mV)VH=(V1-V2+V3-V4)/4(mV)+B+I－B+I－B－I+B－I4.005.006.007.008.009.0010.002．测绘MHIV曲线：取IS=8.00mA，测试过程中保持不变。依次调节IM，用对称法测量霍尔电压VH，并绘制VH-IM曲线。霍尔器件的位置：X1=cmX2=cmIM(A)V1(mV)V2(mV)V3(mV)V4(mV)VH=(V1-V2+V3-V4)/4(mV)+B+I－B+I－B－I+B－I0.3000.4000.5000.6000.7000.8000.9001.000大学物理实验教案徐娙梅3．测绘螺线管轴线上磁感应强度的分布：取AImAIMs800.0,00.8，测试过程中保持不变。依次调节霍尔器件在磁场中的位置，用对称测量法测量霍尔电压VH，计算出磁感应强度B，并绘制B~X曲线。X1(cm)X2(cm)X(cm)V1(mV)V2(mV)V3(mV)V4(mV)44321VVVVHV(mV)B=VH／KHIS(103GS)+B+I－B+I－B－I+B－I0.00.00.00.50.00.51.00.01.01.50.01.52.00.02.02.50.02.53.00.03.05.00.05.08.00.08.011.00.011.014.00.014.014.03.017.014.06.020.014.09.023.014.011.025.014.011.525.514.012.026.014.012.526.514.013.027.014.013.527.514.014.028.0MNIB00中B%100BB-BE00A中重点与难点：①连接线路；②学会对称测量法；③测出螺线管轴向磁感应强度的分布。注意事项：线路不能接错。作业：P140：分析讨论题2）