霍尔元件基本参数测量.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流霍尔元件基本参数测量.精品文档.实验名称：霍尔组件基本参数测量 仪器与用具：TH-H霍尔效应实验组合仪实验目的：1、了解霍尔效应实验原理 2、学习“对称法”消除副效应影响的方法 3、测量霍尔系数、确定样品导电类型、计算霍尔组件灵敏度等实验报告内容（原理预习、操作步骤、数据处理、误差分析、思考题解答）【实验原理】：通有电流IS的半导体薄片置于与它垂直的磁场B中，在薄片的两测就会产生电势差UH霍尔电势差，这种现象叫霍尔效应。霍尔效应产生的原因，是因为形成电流的载流子在磁场中运动时，受到洛沦兹力F=qvB的作用,正、负电荷在样品两测边界聚集，形成横

2、向电场EH霍尔电场，产生霍尔电势差UH。载流子除受到洛沦兹力F=qvB的作用外，还受横向电场力Fe=eEH的作用，当受到洛沦兹力与横向电场力大小相等时，即 eEH=qvB (4.7.1)样品两测边界聚集的电荷不再变化，达到平衡。样品中电流强度： IS=nevbd ( 4.7.2)样品中横向电场Eh可认为是匀强电场，则有： UH=Ehb=RH （4.7.3）基本参数：1、 霍尔系数RH 霍尔系数定义： RH= 由材料的性质(载流子密度)决定,反映材料的霍尔效应强弱。 由（4.7.3）得 RH= 上式提供了测量霍尔系数RH的方法。2、根据RH的符号判断样品导电类型N、P 半导体材料有N型和P型两种

3、，将测的UH、IS、B带入 RH= 得数为正时，样品为P型半导体，得数为正时，样品为P型半导体。3、件的灵敏度K K= 霍尔元件的灵敏度K与载流子浓度n和样品厚度d有关，由于半导体内载流子浓度远小于金属，所以选用半导体材料制作霍尔元件，厚度一般只有0.2mm。4、载流子浓度n n= 上式提供了用霍尔效应实验测量并计算载流子浓度的重要方法。5、电导率，迁移率=1/=6、消除霍尔元件副效应影响 实验中测量的霍尔元件两测的电势差U，除霍尔电势差UH外，还会有一些热磁副效应附加的一些电势差，这些附加电势差的方向与B、IS的方向有关，应用表4.7.1中对称测量法可基本消除这些影响。【操作步骤】： 1、按

4、仪器接口名称指示接好线路（注意不要接错，否则会损毁霍尔元件），IS、IM调节旋扭逆时针方向旋到底，开机预热几分钟。 2、调节IM=0.6A并保持不变, “功能切换”开关和中间铡刀开关分别扳向“UH”，IS分别取1.00mA 、1.50mA、2.00 mA 、2.50mA 、3.00mA 、3.50mA ，分别测出UH值，每组UH值IS、B方向进行4种组合，分别测出U1、U2、U3、U4值，填入表4.7.1中。 3、调节Is=0.6A并保持不变, “功能切换”开关和中间铡刀开关位置保持不变，IM分别取0.300A、0.400A、0.500A、0.600A、0.700A、0.800A时测出UH，测

5、量数据记入表4.7.2中。 4、在零磁场下（IM输入开关空位），取Im=1.5mA, 中间铡刀开关置“U”置，分别测量Is正、反方向的U值，记入表4.7.3中。【数据处理】：表4.7.1 IM=0.6AIs/mAU1/mVU2/mVU3/mAU4/mAUH=U1U2U3U44BIsBIsBIsBIs1.004.053.963.874.144.0051.506.135.955.876.236.0452.008.187.917.838.278.0482.5010.239.879.8010.3410.0603.0012.3111.8611.7712.3912.0833.5014.3513.8113.

6、7314.4314.080 由上图：=4.023103 RH1= =4.02103=6.67103表4.7.2 Is=3.00mAIM/AU1/mVU2/mVU3/mAU4/mAUH=U1U2U3U44BIsBIsBIsBIs0.3006.335.815.736.356.0550.4008.257.817.738.358.0350.50010.269.819.73.10.3510.0390.60012.2811.8411.7612.3812.0650.70014.2813.8413.7614.3814.0650.80016.3015.8415.7616.3716.068 103 RH2=20.

7、08103=6.92103表4.7.3 Is=0.15mAIs/mAU/mV换向前12.4换向后12.5平均0.1（1）霍尔系数RHRH=6.795103（2）根据RH的符号判断样品导电类型N、P（3）件的灵敏度 K 物理实验中心实验名称：霍尔组件基本参数测量 姓名：李 昊 时间代码：0612109876 K=6.795103/0.5103=13.59（4）载流子浓度n n=1/6.7951031.61019=9.21020（5）电导率=1/=0.15103310/0.110341030.5103 =2.25103（1/m） (6)迁移率 =RH=6.7951032.25103=15.29（1

8、/T）【误差分析】1、 测量仪器精度不够，部分数据只能显示2位有效数字，经运算后产生误差较大。2、 做图时精度不够造成误差。【思考题】1、 霍尔电压是如何产生的？它的大小、正负与那些因素有关？答：形成电流的载流子，在半导体薄片中运动时，受磁场的洛仑兹力作用，向薄片两测发生偏转，两测分别聚集正、副电荷，形成电场，从而产生电势差。2、 列出霍尔系数、栽流子浓度、电导率及迁移率的计算公式，注明单位。答：霍尔系数RH： RH= （.m/T）载流子浓度n: n= (个/m3)电导率： = （1/.m）迁移率 =RH （1/T）【测试题】1、 如何利用霍尔效应实验，判断半导体导电类型（N、P）。答：伸出左手，让磁感线穿过手心，四指指向电流方向，如姆指指向与霍尔电势差方向相同，则为N型半导体，如姆指指向与霍尔电势差方向相反，则为P型半导体。2、 测量霍尔电势差时存在那些副效应影响？如何消除这些影响？答： 测量霍尔电势差时会产生一些热磁副效应，给测量带来误差，如爱廷豪森效应、能斯托效应等，这些副效应产生的电势差的方向，与IS、B的方向有关。可采用对称测量法，分别改变IS、B的方向组合，测出U1 、 U2、U3、U4 ，求平均值（绝对值相加），得到UH。这样就消除了大部分副效应影响。