2022年2022年霍尔元件基本参数测量 .pdf

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1、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

2、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=ne1=RHdBIs（4.7.3）基本参数：1、霍尔系数 RH霍尔系数定义：RH=ne1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=IsBdUH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，将测的 UH、IS、B 带入RH=IsB

3、dUH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=neddBH1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。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 4 页 - - - - - - - - - 4、载流子浓度 n n=eRH1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/=bdUl

4、Is6、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、

5、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=0.6A Is/mA U1/mV U2/mV U3/mA U4/mA UH=U1U2U3U44 BIs

6、BIs BIs BIs 1.00 4.05 3.96 3.87 4.14 4.005 1.50 6.13 5.95 5.87 6.23 6.045 2.00 8.18 7.91 7.83 8.27 8.048 2.50 10.23 9.87 9.80 10.34 10.060 3.00 12.31 11.86 11.77 12.39 12.083 3.50 14.35 13.81 13.73 14.43 14.080 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 4 页

7、 - - - - - - - - - 由上图：SHIU=1050.308.14=4.023103RH1= SHIUMKId=4.021036.0502.03105.0=6.67103 表 4.7.2 Is=3.00mA IM/A U1/mV U2/mV U3/mA U4/mA UH=U1U2U3U44 BIs BIs BIs BIs 0.300 6.33 5.81 5.73 6.35 6.055 0.400 8.25 7.81 7.73 8.35 8.035 0.500 10.26 9.81 9.73 .10.35 10.039 0.600 12.28 11.84 11.76 12.38 12

8、.065 0.700 14.28 13.84 13.76 14.38 14.065 0.800 16.30 15.84 15.76 16.37 16.068 08.20502.08.010068.16KIUBUMHH103RH2=SHIdBU20.08103103105.0=6.92103表 4.7.3 Is=0.15mA Is/mA U/mV 换向前12.4 换向后12.5 平均0.1 （1）霍尔系数 RHRH=292.667.6221HHRR6.795103（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： 06

9、12109876 K=dBH6.795103/0.5103=13.59 （4）载流子浓度 n n=eRH1=1/6.7951031.61019=9.21020（5）电导率 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 4 页 - - - - - - - - - =1/=bdUlIs=0.15103310/0.110341030.5103 =2.25103（1/m）(6)迁移率 =RH=6.7951032.25103=15.29（1/T）【误差分析】1、测量仪器精度不够，

10、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=IsBdUH（.m/T）载流子浓度 n: n=eRH1(个/m3) 电导率 ：=bdUlIs（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

11、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。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 4 页 - - - - - - - - -