大學物理實驗報告
一、實驗目的：
1、了解霍爾效應原理以及有關霍爾器件對材料要求的知識。
2、學習用對稱測量法消除副效應的影響，測量試樣的和曲線。
3、確定試樣的導電型別、載流子濃度及遷移率。
二、實驗器材：th-h型霍爾效應實驗組合儀(由實驗儀和測試儀兩大部分組成）
1、實驗儀：電磁鐵、樣品與樣品架和換向開關及、切換開關
2、測試儀：兩組恆流源、直流數字電壓表
三、實驗原理：
霍爾效應從本質上講是運動的帶電粒子在磁場中受洛倫茲力作用而引起的偏轉。由於帶電粒子（電子或空穴）被約束在固體材料中，這種偏轉就導致在垂直電流和磁場方向上產生正負電荷的聚積，從而形成附加的橫向電場，即霍爾電場。
ab）對於圖中（a）所示的n型半導體試樣，若在x方向通以電流，在z方向加磁場，試樣中載流子（電子）將受洛倫茲力=則在y方向即試樣a、a電極兩側就開始聚積異號電荷而產生相應的附加電場——霍爾電場。電場的指向取決於試樣的導電型別。對n型試樣，霍爾電場逆y方向；p型試樣則沿y方向。
其一般關係可表示為
顯然，該霍爾電場阻止載流子繼續向側面漂移。當載流子所受的橫向電場力與洛倫茲力相等時，樣品兩側電荷的累積就達到平衡，此時有
（1） 其中為霍爾電場，是載流子在電流方向上的平均漂移速度。
設試樣的寬度為b，厚度為d，載流子濃度為n，則
（2） 由（1）、（2）得
（4）產生霍爾效應的同時，因伴隨著多種副效應，以致實驗測得的a、a』兩極之間的電壓並不等於真實的值，而是包含著各種副效應引起的附加電壓，因此必須設法消除。根據副效應產生的機理可知，採用電流和磁場換向的所謂對稱測量法，基本上能夠把副效應的影響從測量的結果中消除。具體做法是和b大小不變，並在設定電流和磁場的正、反方向後，依次測量由下列四組不同方向的和b組合的兩點之間的電壓, , ,即
然後求上述四組資料, , ,的代數平均值，可得
（5） 通過對稱測量法求得的，雖然還存在個別無法消除的副效應，但其引入的誤差甚小，可以忽略不計。
由（4）式可知霍爾電壓（a、a』兩極之間的電壓）與乘積成正比，與試樣厚度d成反比。比例係數稱為霍爾係數，它是反映材料霍爾效應強弱的重要引數，只要測出及知道、和d(m),可按下式計算霍爾係數
(6)（1）根據的符號（或霍爾電壓的正、負）判斷樣品的導電型別。判斷方法是按圖所示的和b方向。若測得,(即a點的電位低於a點的電位)則為負，樣品屬於n型，反之為p型。
（2）求載流子濃度。由可求出載流子濃度。應該指出，這個關係式是假定所有載流子都具有相同的漂移速度得到的，如果考慮載流子的速率統計分布，需引入修正因子。
（3）結合電導率的測量，求載流子的遷移率。電導率可以通過上圖所示的a、c電極進行測量。設a、c間的距離為l=3.
0mm，樣品的橫截面積為s=，流經樣品的電流為,在零磁場下，若測得a、c間的電位差為，可由下式求得，
（7）電導率與載流子濃度n以及遷移率之間有如下關係：
（8）即,通過實驗測出值即可得到。
根據上述可知，要得到大的霍爾電壓，關鍵是選擇霍爾係數大（即遷移率高、電阻率也較高）的材料。因為,就金屬導體而言，和均很低，而不良導體高，但極小，因而上述兩種材料的霍爾係數都很小，不能用來製造霍爾器件。半導體材料高，適中，是製造霍爾器件的較理想的材料。
由於電子的遷移率比空穴的遷移率大，所以霍爾器件都採用n型材料。又由於霍爾電壓的大小與材料的厚度成反比，因此，薄膜型的霍爾器件的輸出電壓較片狀的要高得多。就霍爾器件而言，其厚度是一定的，所以實用上才用
（9）來表示器件的靈敏度，稱為霍爾靈敏度。
四、實驗步驟：
（1）按上圖連線測試儀和實驗儀之間相應的、和各組連線，及換向開關投向上方，表明及均為正值（即沿x方向，b沿z方向），反之為負值。、切換開關投向上方測，投向下方測。
接線時嚴禁將測試儀的勵磁電源「im輸出」誤接到實驗儀的「輸入」或「、輸出」處，否則一旦通電，霍爾元件即遭損壞！
（2）對測試儀進行調零。將測試儀的「調節」和「調節」旋鈕均置零位，待開機數分鐘後若顯示不為零，可通過面板左下方小孔的「調零」電位器實現調零，即「0.00」。
轉動霍爾元件探杆支架的旋鈕x、y，慢慢將霍爾元件移到螺線管的中心位置。
（3）測繪－曲線。將實驗儀的「、」切換開關投向側，測試儀的「功能切換」置。保持值不變（取im＝0.6a），測繪－曲線。
（4）測繪－曲線。實驗儀及測試儀各開關位置同上。保持is值不變，（取＝3.00ma），測繪－曲線。
（5）測量值。將「、」切換開關投向側，測試儀的「功能切換」置。
在零磁場下，取＝2.00ma，測量。 注意：取值不要過大，以免太大，毫伏表超量程（此時首位數碼顯示為1，後三位數碼熄滅）。
（6）確定樣品的導電型別。將實驗儀三組雙刀開關均投向上方，即沿x方向，b沿z方向，毫伏表測量電壓為。取＝2.00ma，＝0.6a，測量大小及極性，判斷樣品導電型別。
（7）求樣品、n、σ和值。
五、資料採集：
（1）測繪曲線，將測量資料記錄在下表，並用作圖紙關係線。
表（1） 測繪曲線資料表
其中電流範圍： =0.6a , =1.00~4.00.
（2）測繪曲線，將測量資料記錄在下表，並用作圖紙關係線。
表（2） 測繪曲線資料表
其中電流範圍： =3.00;=0.300~0.800.
（3）測量值。
（4）確定樣品的導電型別。根據的符號（或霍爾電壓的正、負）判斷樣品的導電羅型別。
（5）求樣品、n、σ和值。霍爾係數的計算可用以下兩種方法計算：
1）可由公式計算，其中b為磁場強度，因磁場有勵磁電流通過線圈產生，線圈上標有電流和磁場的換算關係x（常數），其中gs為磁場單位高斯（非國際單位），（特斯拉，磁場國際單位），從線圈上抄下勵磁常數x，再乘以，即可得（t），則
當一定時，呈線性關係，利用表（1）所測資料，用最小二乘法求出。同理，利用表（2）所測資料，用最小二乘法求出。對、求平均值的。
2）對錶（1）中每一組和值均可計算出乙個，對應6組資料分別求；對錶（2）資料做同樣處理，對所求得的12個求平均值和標準偏差。
n、σ、的值由下列公式計算：
由可求得載流子濃度n值，電導率有計算得出；再有可求出遷移率。
有計算過程可見，得計算錯誤會導致n、錯誤，故計算過程要細心，特別要注意、n、σ、必須統一成國際單位來計算。計算公式、過程、單位均應在實驗報告中給出。
六、資料記錄
（1）測繪曲線，將測量資料記錄在下表，並用作圖紙關係線。
表（1） 測繪曲線資料表
其中電流範圍： =0.6a , =1.00~4.00.
（2）測繪曲線，將測量資料記錄在下表，並用作圖紙關係線。
表（2） 測繪曲線資料表
其中電流範圍： =3.00;=0.300~0.800.
（3）測量值。
當b=0t is=2.00ma時， =1.516v
（4）is=2.00ma、im=0.6a時。vaa』=-54.8mv
七、資料處理
（1）測繪曲線。
（2）測繪測繪曲線。
（3）在b=0t時， is=2.00ma時， =1.516v。
（4）確定樣品的導電型別。測量知道 is=2.00ma、im=0.
6a時。vaa』=-54.8mv。
結合+is,+b的方向判斷，vaa』=-54.8mv＜0，所以樣品為n型半導體。
（5）求樣品、n、σ和值。
計算霍爾係數rh。
由公式，其中d=2.6×10-4m，又b=xim=280×10-3(t/a)im又,所以有，通過公式，可以分別計算出：
單位：vm·a-1·t-1)
可以求得12個霍爾係數的平均值為：
rh平均=-4.109×10-2（vm·a-1·t-1)
由標準偏差公示可算得：
s=0.0034×10-2
所以rh=-4.109×10-2（vm·a-1·t-1)
計算n的值。
由2.568×1017（at·v-1·m-1·c-1 )
計算σ的值。
（a·v-1·m-1 )
④計算的值。
八、誤差分析
霍爾效應實驗報告參考 霍爾效應實驗報告
華南農業大學資訊軟體學院實驗報告 課程 大學物理實驗學期 2012 2013第一學期任課老師 專業班級學號姓名 評分 實驗3 霍爾效應的應用 一 實驗目的 1.了解霍爾效應實驗原理以及有關霍爾器件對材料要求的知識。2.測量霍爾元件的曲線，了解霍爾電壓與霍爾元件工作電流 直螺線管的勵磁電流之間的系。3...
霍爾效應實驗報告
民族大學實驗報告 課程名稱普通物理 實驗名稱霍爾效應 學院理學院 專業資訊與計算科學 報告人 繆崯森學號 0932102班級 資訊與計算科學 3 實驗時間2010 9 23 一 實驗目的與要求 1 了解產生霍爾效應的物理過程及其測量磁場的原理和方法 2 驗證霍爾電流與霍爾電壓的線性關係 3 測定勵磁...
霍爾效應實驗報告
實驗報告 姓名 學號 系別 座號 實驗題目 通過霍爾效應測量磁場 實驗目的 通過實驗測量半導體材料的霍爾係數和電導率可以判斷材料的導電型別 載流子濃度 載流子遷移率等主要引數 實驗內容 已知引數 b 4.0mm,d 0.5mm,3.0mm.設，其中k 6200gs a 1.保持 0.450a不變，測...