2023年霍尔效应实验报告共合集.pdf

《2023年霍尔效应实验报告共合集.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2023年霍尔效应实验报告共合集.pdf（28页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、篇一：霍尔效应实验报告大 学本（专）科实验报告课程名称：姓 名：学 院：系：专 业：年 级：学 号：指导教师：成 绩：年 月 日（实验报告目录）实验名称一、实验目的和规定 二、实验原理 三、重要实验仪器四、实验内容及实验数据记录 五、实验数据解决与分析 六、质疑、建议霍尔效应实验实验目的和规定：1、了解霍尔效应原理及测量霍尔元件有关参数.2、测绘霍尔元件的v h?is ,v h?im曲线了解霍尔电势差v h与霍尔元件控制（工作）电流i s、励磁电流im之间的关系。3、学习运用霍尔效应测量磁感应强度b及磁场分布。4、判断霍尔元件载流子的类型，并计算其浓度和迁移率。5、学习用 对称互换测量法”消除

2、负效应产生的系统误差。二.实验原理：1、霍尔效应霍尔效应是导电材料中的电流与磁场互相作用而产生电动势的效应，从本质上讲，霍尔效应是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力的作用而引起的偏转。当带电粒子（电子或空穴）被约束在固体材料中，这种偏转就导致在垂直电流和磁场的方向上产生正负电荷在不同侧的聚积，从而形成附加的横向电场。如右图（1）所示，磁场b位于z的正向，与之垂直的半导体薄片上沿x正向通以电流i s（称为控制电流或工作电流），假设载流子为电子（n型半导体材料），它沿着与电流i s相反的x负向运动。由于洛伦兹力f 1 的作用，电子即向图中虚线箭头所指的位于y 轴负方向的b 侧偏转，并使 b 侧形成电

3、子积累，而相对的a 侧形成正电荷积累。与此同时运动的电子还受到由于两种积累的异种电荷形成的反向电场力f e 的作用。随着电荷积累量的增长，f e 增大，当两力大小相等(方向相反)时，f l=-f e,则电子积累便达成动态平衡。这时在a、b 两端面之间建立的电场称为霍尔电场e h,相应的电势差称为霍尔电压vh。设电子按均一速度向图示的x 负方向运动，在磁场b 作用下，所受洛伦兹力为f l =eb式中e 为电子电量，为电子漂移平均速度，b 为磁感应强度。同时，电场作用于电子的力为 fe?eeh?evh/1 式中e h 为霍尔电场强度，v h 为霍尔电压，1 为霍尔元件宽度当达成动态平衡时，f l?

4、fe?vh/I(1)设霍尔元件宽度为1 ,厚度为d,载流子浓度为n,则霍尔元件的控制(工作)电流为i s?ne(2)由(1),(2)两式可得 vh?ehl?i b 1 i s b?r h s(3)ne d d即霍尔电压vh(a、b 间电压)与i s、b 的乘积成正比，与霍尔元件的厚度成反比，比例系数r h?1称为霍尔系数，它是反映材料霍尔效应强弱的重要参数，根据材料的电导ne率。=n ep 的关系，还可以得到：rh?/?(4)式中？为材料的电阻率、U 为载流子的迁移率，即 单位电场下载流子的运动速度，一般电子迁移率大于空穴迁移率，因此制作霍尔元件时大多采用n 型半导体材料。当霍尔元件的材料和厚

5、度拟定期，设 kh?rh/d?1/ned(5)将式(5)代入式(3)中得 vh?kh i sb(6)式中kh称为元件的灵敏度，它表达霍尔元件在单位磁感应强度和单位控制电流下的霍尔电势大小，其单位是m v/m a?t ,一般规定k h 愈大愈好。若需测量霍尔元件中载流子迁移率口，则有?1（7）?e i v i将（2）式、（5）式、（7）式联立求得？k h?1 i s?（8）I v i其中v i 为垂直于i S 方向的霍尔元件两侧面之间的电势差，e i为由v i 产生的电场强度，1、1分别为霍尔元件长度和宽度。由于金属的电子浓度n很高，所以它的r h 或 k h 都不大，因此不适宜作霍尔元件。此外

6、元件厚度d愈薄，k h愈高，所以制作时，往往采用减少d的办法来增长灵敏度，但不能认为d愈薄愈好，由于此时元件的输入和输出电阻将会增长，这对楮元件是不希望的。应当注意，当磁感应强度b 和元件平面法线成一角度时（如图2）,作用在元件上的有效磁场是其法线方向上的分量b e。s?,此时v h?k h i s b c o s?（9）所以一般在使用时应调整元件两平面方位，使 v h 达成最大，即 e=o,图（2）v h =k h i s b c o s?k h i s b由 式（9）可知，当控制（工作）电流i s 或磁感应强度b,两者之一改变方向时，霍尔电压v h的方向随之改变：若两者方向同时改变，则霍尔

7、电压v h 极性不变。霍尔元件测量磁场的基本电路如图3,将霍尔元件置于待测磁场的相应位置，并使元件平面与磁感应强度b 垂直，在其控制端输入恒定的工作电流i s,霍尔元件的霍尔电压输出端接毫伏表，测量霍尔电势vh的值。三.重要实验仪器：1、zk y-h s 霍尔效应实验仪图（3）涉及电磁铁、二维移动标尺、三个换向闸刀开关、霍尔元件及引线。2、k y-h c霍尔效应测试仪四.实验内容：1、研究霍尔效应及霍尔元件特性测量霍尔元件灵敏度k h,计算载流子浓度n（选做）。测定霍尔元件的载流子迁移率口。鉴定霍尔元件半导体类型（P型或n型）或者反推磁感应强度b的方向。研究v h与励磁电流im、工作（控制）电

8、流i s之间的关系。2、测量电磁铁气隙中磁感应强度b的大小以及分布 测量一定im条件下电磁铁气隙中心的磁感应强度b的大小。测量电磁铁气隙中磁感应强度b的分布。五.实验环节与实验数据记录：1、仪器的连接与预热将测试仪按实验指导说明书提供方法连接好，接通电源。2、研究霍尔效应与霍尔元件特性测量霍尔元件灵敏度k h,计算载流子浓度n。（可选做）。a.调节励磁电流im为0.8 a,使用特斯拉计测量此时气隙中心磁感应强度b的大小。b.移动二维标尺，使霍尔元件处在气隙中心位置。c.调节is =2.00?、1 0.0 0 ma（数据采集间隔1 .0 0 ma）,记录相应的霍尔电压v h填入 表（1）,描绘i

9、 s-v h关系曲线，求得斜率k l（k l=v h/i s）。d.据式（6）可求得k h,据 式（5）可计算载流子浓度n。测定霍尔元件的载流子迁移率*a.调节is =2.00?、lO.OOma（间隔为1.0 Oma）,记录相应的输入电压降v i填入表4,描绘is v i关系曲线，求得斜率k2（k2=i s/v i）。b.若已知k h、1、1 ,据（8）式可以求得载流子迁移率口。.鉴定霍尔元件半导体类型（p型或n型）或者反推磁感应强度b的方向?根据电磁铁线包绕向及励磁电流im的流向，可以鉴定气隙中磁感应强度b的方向。?根据换向闸刀开关接线以及霍尔测试仪i s输出端引线，可以鉴定i s在霍尔元件

10、中的流向。?根据换向闸刀开关接线以及霍尔测试仪V h输入端引线，可以得出v h的正负与霍尔片上正负电荷积累的相应关系d.由b的方向、i s流向以及v h的正负并结合霍尔片的引脚位置可以鉴定霍尔元件半导体的类型（P型或n型）。反之，若已知i s流向、v h的正负以及霍尔元件半导体的类型，可以鉴定磁感应强度b的方向。测量霍尔电压v h与励磁电流im的关系霍尔元件仍位于气隙中心，调节i s=10.OOma,调节im=1 00、200?10 0 Oma（间隔为10 Oma）,分别测量霍尔电压v h值填入表（2）,并绘出im-v h曲线，验证线性关系的范围，分析当im达成一定值以后，im-v h直线斜率

11、变化的因素。3,测量电磁铁气隙中磁感应强度b的大小及分布情况测量电磁铁气隙中磁感应强度b的大小a.调节励磁电流im为0-lOOOma范围内的某一数值。b.移动二维标尺，使霍尔元件处在气隙中心位置。c.调节is=2.0 0?、10.0 0 ma（数据采集间隔1.OOma），记录相应的霍尔电压vh填入表（1）,描 绘i s-v h关系曲线，求得斜率k l （k l=v h /i s）d.将给定的霍尔灵敏度k h及斜率k 1代 入 式（6）可求得磁感应强度b的大小。（若实验室配备有特斯拉计，可以实测气隙中心b的大小，与计算的b值比较。）考察气隙中磁感应强度b的分布情况a.将霍尔元件置于电磁铁气隙中心

12、，调节im=1000ma,is=1 0.0 Oma,测量相应的v h b.将霍尔元件从中心向边沿移动每隔5mm选一个点测出相应的v h,填入表3。c.由以上所测v h值，由式（6）计算出各点的磁感应强度，并绘出b-x图，显示出气隙内b的分布状态。为了消除附加电势差引起霍尔电势测量的系统误差，一般按士im,i s的四种组合测量求其绝对值的平均值。五.实验数据解决与分析：1、测量霍尔元件灵敏度k h,计算载流子浓度n。根据上表，描绘出i s-v h关系曲线如右图。求得斜率k 1 ,kl=9.9据 式（6）可求出k l,本例中取铭牌上标注的kh=47,取实验指导说明书第3页上的d=2pm据 式（5）

13、可计算载流子浓度n。2、测量电磁铁气隙中磁感应强度b的大小取im=8 OOma,贝ij可由b=k 1 /k h求出磁感应强度b的大小3、考察气隙中磁感应强度b的分布情况根据上表，描绘出b-x关系曲线如右图，可看出气隙内b的分布状态。4、测定霍尔元件的截流子迁移率R图。根据上表，描绘出i s-v i关系曲线如右求得斜率k2已知k h、1、1（从实验指导说明书上可查出），据（8）式可以求得载流子迁移率山O O O O5、测量霍尔电压v h与励磁电流im的关系 表2=10.0 0 m a根据上表，描绘出im-v h关系曲线如右图，由此图可验证线性关系的范围。分析当im达成一定值以后，im-vh直线斜

14、率变化的因素。6、实验系统误差分析测量霍尔电势v h 时，不可避免地会产生一些副效应，由此而产生的附加电势叠加在霍尔电势上，形成测量系统误差，这些副效应有：（1）不等位电势vO由于制作时，两个霍尔电势极不也许绝对对称地焊在霍尔片两侧（图 5a）、霍尔片电阻率不均匀、控制电流极的端面接触不良（图 5b）都也许导致a、b 两极不处在同一等位面上,此时虽未加磁场，但 a、b 间存在电势差vO,此称不等位电势，vO?i sv,v 是两等位面间的电阻，由此可见，在 v 拟定的情况下，v O 与 i s 的大小成正比，且其正负随i s 的方向而改变。（2）爱廷豪森效应 当元件的x 方向通以工作电流is,z

15、 方向加磁场b 时，由于霍尔片内的载流子速度服从记录分布，有快有慢。在达成动态平衡时，在磁场的作用下慢速与快速的载流子将在洛伦兹力和霍尔电场的共同作用下，沿 y 轴分别向相反的两侧偏转，这些载流子的动能将转化为热能，使两侧的温升不同，因而导致y 方向上的两侧的温差（t a-t b）=图 6 正电子运动平均速度 图中v?v?由于霍尔电极和元件两者材料不同，电极和元件之间形成温差电偶，这一温差在a、b 间产生温差电动势ve,veib这一效应称爱廷豪森效应，v e 的大小与正负符号与i、b 的大小和方向有关，跟 v h 与i、b 的关系相同，所以不能在测量中消除。（3）伦斯脱效应由于控制电流的两个电

16、极与霍尔元件的接触电阻不同，控制电流在两电极处将产生不同的焦耳热，引起两电极间的温差电动势，此电动势又产生温差电流（称为热电流）q,热电流在磁场作用下将发生偏转，结果在y 方向上产生附加的电势差v h 且vnoqb这一效应称为伦斯脱效应，由上式可知v h 的符号只与b 的方向有关。（4）里纪-勒杜克效应如（3）所述霍尔元件在x 方向有温度梯度d t,引起载流子沿梯度方向扩散而有热电dx流 q 通过元件，在此过程中载流子受z 方向的磁场b 作用下，在 y 方向引起类似爱廷豪森效应的温差t a-t b,由此产生的电势差vh83b，其符号与b 的的方向有关，与 i s 的方向无关。为了减少和消除以上

17、效应引起的附加电势差，运用这些附加电势差与霍尔元件控制（工作）电流i s,磁场b（既相应的励磁电流im）的关系，采用对称（互换）测量法进行测量。当？im,?i s 时 v abl?v h?v 0?ve?v n?vr 当？im,?is 时v a b 2?vh?v 0?v e?vn?vr 当？im,?is 时，v ab3?v h?v O?ve?v n?vr 当？im,?i s 时 vab4?vh?vO?ve?v n?v r 对以上四式作如下运算则得：1（vabl?v ab2?v a b 3?v a b 4）?vh?v e 4可见，除爱廷豪森效应以外的其他副效应产生的电势差会所有消除，因爱廷豪森效应

18、所产生的电势差v e 的符号和霍尔电势v h 的符号，与 i s 及 b 的方向关系相同，故无法消除，但在非大电流、非强磁场下，vh>&g t;v e,因而v e 可以忽略不计，v h v h?v e9v 1?v2?v3?v44一般情况下，当 v h 较大时，v a b 1 与 vab 3 同号，v a b 2 与 va b 4 同号，而两组数据反号，故（v a b l?vab2?va b 3?v ab4）/4?（|va b 1|?|vab2|?I va b 3 I?v a b 4|）/4 即用四次测量值的绝对值之和求平均值即可。六、质疑、建议篇二：霍尔效应实验报告（1）霍尔效应实验一、

19、实验目的1.霍尔效应原理及霍尔元件有关参数的含义和作用2.测绘霍尔元件的v h-i s,v h-im曲线，了解霍尔电势差v h与霍尔元件工作电流is ,磁场应强度b及励磁电流im之间的关系。3.学习运用霍尔效应测量磁感应强度b及磁场分布。4.学习用 对称互换测量法”消除负效应产生的系统误差。二、实验仪器霍尔效应实验仪和测试仪三、实验原理运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力的作用而引起偏转，当带电粒子（电子或空穴）被约束在固体材料中，这种偏转就导致在垂直电流和磁场的方向上产生正负电荷在不同侧的聚积，从而形成附加的横向电场（霍尔电场），这就是霍尔效应的本质。由于产生霍尔效应的同时，随着多种副效应，以致

20、实测的霍尔电场间电压不等于真实的v h值，因此必需设法消除。根据副效应产生的机理，采用电流和磁场换向的对称测量法基本上能把副效应的影响从测量结果中消除。具体的做法是i s和b（即im）的大小不变，并在设定电流和磁场的正反方向后，依次测量由下面四组不同方向的i s和b（即i m）时的v 1,v2,v3,v 4,1）+i s+bv 1 2）+i s-b v2 3）-i s b v 3 4）is +b v 4然后求它们的代数平均值，可得：vh?v 1?v 2?v 3?v44通过对称测量法求得的v h误差很小。四、实验环节1 .测量霍尔电压v h与工作电流i s的关系1）先将is,im都调零，调节中间

21、的霍尔电压表，使其显示为Omv。2）将霍尔元件移至线圈中心，调节im=0.4 5 a,按表中所示进行调节，测量当im正（反）向时，i s正向和反向时的v h值填入表1,做出v h-i s曲线。表lv h-is 关 系 测 量 表i m=0.4 5 a2.测量霍尔电压v h与励磁电流im的关系1）先将i s 调节至4.5 0 ma。2）调节励磁电流im 如表2,分别测量霍尔电压v h 值填入表2 中。3）根据表2 中所测得的数据，绘出im-v h 曲线表 2 v h-i m 关系测量表is =4.5 0m a五、实验结论I、当霍尔电压保持恒定，改变励磁电流时，测量得到的霍尔电压随励磁电流的增长而

22、增长，通过作图发现两者之间也满足线性关系。2、当励磁电流保持恒定，改变霍尔电流时，测量得到的霍尔电压随霍尔电流的增长而增长，通过作图发现两者之间满足线性关系。六、实验中的注意问题1、不要带电接线，中间改变电路时，一定要先关闭电源，再连接电路。2、实验完毕后要整理实验仪器，先关闭电源，再将电线拆下，捋好后放在实验仪器的右侧。3、作图要使用铅笔，先描点，描点要清楚，然后使用平滑曲线连接各点。七、思考题1、实验的原理是什么？答：法拉第电磁感应原理。2、对探测线圈的规定是什么？答：线圈面积要大小合适，太大无法反映各点磁场的情况，太小则感应电压小，不利于测量。3、感应法测磁场为什么不用一般的电压表？答：

23、由于被测量的电压是交流毫伏量级。4、是否能运用本方法测量稳恒磁场？答：不能，由于根据法拉第电磁感应原理静止探测线圈在稳恒磁场中感应电动势为零。篇三：霍尔效应实验报告（附带实验结论）霍尔效应参考实验报告附带结论实验目的1.了解霍尔效应实验原理。2.测量霍尔电流与霍尔电压之间的关系。3.测量励磁电流与霍尔电压之间的关系。4.学会用 对称测量法“消除负效应的影响。实验仪器霍尔效应实验仪。实验环节1 .对的连接电路，调节霍尔元件处在隙缝的中间位置。2 .测量不等位电势。令励磁电流i m=Oma,霍尔电流i h=l.0 Oma,2.0 0ma,?,1 0.OOm a,测量霍尔元件的不等位电势随霍尔电流的

24、相应关系。3.测量霍尔电流i h与霍尔电压u h的关系。令励磁电流im=4 0 Oma,调节霍尔电流 ih=l.OOma,2.OOma,?,10.0 Oma(每隔 1.Oma 改变一次)，分别改变励磁电流和霍尔电流的方向，记录相应的霍尔电压。3.测量励磁电流im与霍尔电压u h的关系。令霍尔电流i h=8.OOma,调节励磁电流im=100.Oma,2 00.Oma,?,1000.Om a(每隔1 00.Oma改变一次)，分别改变励磁电流和霍尔电流的方向，记录相应的霍尔电压。实验数据记录及解决(1)测量不等位电压(2)测量霍尔电流和霍尔电压的关系(i m=400m a)(3 )测量励磁电流和霍

25、尔电压的关系(ih =8.OOma)实验结论1、当励磁电流im =O时，霍尔电压不为0,且随着霍尔电流的增长而增长，通过作图发现两者满足线性关系。说明在霍尔元件内存在一不等位电压，这是由于测量霍尔电压的两条接线没有在同一个等势面上导致的。2、当励磁电流保持恒定，改变霍尔电流时，测量得到的霍尔电压随霍尔电流的增长而增长，通过作图发现两者之间满足线性关系。3、当霍尔电压保持恒定，改变励磁电流时，测量得到的霍尔电压随励磁电流的增长而增长，通过作图发现两者之间也满足线性关系。注意事项：1 .不要带电接线，中间改变电路时，一定耍先关闭电源，再连接电路。2 .实验完毕后要整理实验仪器，先关闭电源，再将电线

26、拆下，捋好后放在实验仪器的右侧。3 .仪器开机前应将im、i h 调节旋钮逆时针方向旋到底，使其输出电流趋于最小，然后再开机。关机前，应将im、i h 调节旋钮逆时针方向旋到底，然后切断电源4 .电源开机后预热几分钟，即可进行实验。5 .在实验过程中实验仪的u h 开关应至始至终保持闭合，否则会为、1”或数字跳动现象。6 .改变i h 或霍尔元件过程应断开实验仪上的i m换向开关以防长时间通电而发热，导致霍尔元件升温影响实验结果。篇四：霍尔效应实验报告（附带实验结论）霍尔效应参考实验报告附带结论实验目的1 .了解霍尔效应实验原理。2 .测量霍尔电流与霍尔电压之间的关系。3.测量励磁电流与霍尔电

27、压之间的关系。4.学会用 对称测量法“消除负效应的影响。实验仪器霍尔效应实验仪。实验环节1.对的连接电路，调节霍尔元件处在隙缝的中间位置。2 .测量不等位电势。令励磁电流im=O m a,霍尔电流i h=l.OOma,2.00ma,?,1 0.0 Oma,测量霍尔元件的不等位电势随霍尔电流的相应关系。3.测量霍尔电流i h 与霍尔电压u h 的关系。令励磁电流im=4 0 Om a,调节霍尔电流i h=1 .0 0 ma,2.OOma,?,1 0.0 0 ma（每隔 1.Om a 改变一次）,分别改变励磁电流和霍尔电流的方向，记录相应的霍尔电压。3.测量励磁电流im 与霍尔电压u h 的关系。

28、令霍尔电流ih=8.0 Oma,调节励磁电流im=100.Oma,200.0 ma,?,1000.Oma 诲隔 100.Om a 改变一次），分别改变励磁电流和霍尔电流的方向，记录相应的霍尔电压。实验数据记录及解决（1）测量不等位电压(2 )测量霍尔电流和霍尔电压的关系(i m=4 0 O m a)(3)测量励磁电流和霍尔电压的关系(i h =8.O O m a)实验结论1 ,当励磁电流i m=O 时，霍尔电压不为0,且随着霍尔电流的增长而增长，通过作图发现两者满足线性关系。说明在霍尔元件内存在一不等位电压，这是由于测量霍尔电压的两条接线没有在同一个等势面上导致的。2、当励磁电流保持恒定，改变

29、霍尔电流时，测量得到的霍尔电压随霍尔电流的增长而增长，通过作图发现两者之间满足线性关系。3、当霍尔电压保持恒定，改变励磁电流时，测量得到的霍尔电压随励磁电流的增长而增长，通过作图发现两者之间也满足线性关系。注意事项：1 .不要带电接线，中间改变电路时，一定要先关闭电源，再连接电路。2 .实验完毕后要整理实验仪器，先关闭电源，再将电线拆下，捋好后放在实验仪器的右侧。3 .仪器开机前应将i m、i h 调节旋钮逆时针方向旋到底，使其输出电流趋于最小，然后再开机。关机前，应将im、i h 调节旋钮逆时针方向旋到底，然后切断电源4 .电源开机后预热几分钟，即可进行实验。5 .在实验过程中实验仪的u h

30、开关应至始至终保持闭合，否则会为 1 ”或数字跳动现象。6 .改变i h或霍尔元件过程应断开实验仪上的i m 换向开关以防长时间通电而发热，导致霍尔元件升温影响实验结果。篇五：霍尔效应实验报告参考华南农业大学信息软件学院实验报告课程：大学物理实验 学期：2 0 2 3-2 0 2 3 第一学期 任课老师：*专业班级：*评分：实验3霍尔效应的应用实验目的1.了解霍尔效应实验原理以及有关霍尔器件对材料规定的知识。2.测量霍尔元件的曲线，了解霍尔电压与霍尔元件工作电流、直螺线管的励磁电流之间的系。3.学习用对称测量法消除副效应的影响，测量试样的和曲线。4.拟定试样的导电类型、载流子浓度以及迁移率。实

31、验仪器设备th-h 型霍尔实验组合仪由实验仪和测试仪组成1.实验仪：本实验仪由电磁铁、二维移动标尺、三个换向闸 刀开关、霍尔元件组成。c型电磁铁，给它通以电流产生磁场。二维移动标尺及霍尔元件；霍尔元件是由n型半导体材料制成的，将其固定在二维移动标尺上，将霍尔元件放入磁铁的缝隙之中，使霍尔元件垂直放置在磁场之中，在霍尔元件上通以电流，假如这个电流是垂直于磁场方向的话，则在垂直于电流和磁场方向上导体两侧会产生一个电势差。三个双刀双掷闸刀开关分别对励磁电流，工作电流霍尔电压 进行通断和换向控制。右边闸刀控制励磁电流的通断换向。左边闸刀开关控制工作电流的通断换向。中间闸刀固定不变即指向一侧。2.测试仪

32、测试仪有两组独立的恒流源，即 输出 为0 1 Oma给霍 尔元件提供工作电流的电流源，输出 为0 la为电磁铁提供电流的励磁电流源。两组电流源互相独立。两路输出电流大小均连续可调，其值可通过 测量选择”键由同一数字电流表进行测量，向里按 测量选择”测，放出键来测。电流源上有is调节旋钮和im调节旋钮。直流数字电压表用于测量霍尔电压，本实验只读霍尔电压、所以将中间闸刀开关拨向上面即可。当 显 示 屏 上 的 数 字 前 出 现 号 时，表达被测电压极性为负值。三.实验的基本构思和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伦兹力作用而引起的偏转。由于带电粒子（电子或空穴）被约束在固体材料中

33、，这种偏转就导致在垂直电流和磁场方向上产生正负电荷的聚集，从而形成附加的横向电场，即霍尔电场。然而在产生霍尔效应的同时，因伴着多种副效应，以致实验测得的两极之间的电压并不等于真的值，而是包含着各种副效应引起的附加电压，因此必须设法消除。根据副效应产生的机理可知，采用电流和磁场换向的所谓对称测量法，基本上可以把副效应的影响从测量的结果中消除。具体做法是和大小不变，并在设定电流和磁场的正反方向后，依次测量由下列四组不同方向的和组合的两点之间的电压v l,v 2,v,.v 4 ,B P +i s,+b ,v l+i s,-b ,v 2 -i s ,-b,v 3 -is ,+b,v 4,然后求上述四组

34、数据v l,v 2,v 3,V 4的代数平均值，可得v h=(v 1 v 2+v 3 -v 4)/4通过对称测量法求得的v h,虽然还存在个别无法消除的副效应，但其引入的误差甚小，可以不计。四.实验基本环节(1)按连接测试仪和实验仪之间相应的i s 、V S 和 i m 各组连线，i S 及i m 换向开关投向上方，表白i s及 i m 均为正值，反之为负值。v h、vo切换开关投向上方测v h,投向下方测v。(2)对测试仪进行调零。将测试仪的两个调节旋钮均置零位，待开机数分钟后若v h,显示不为零，可通过面板左下方小孔的 调零”电位器实现调零，即 0.0 0 ,(3)测绘切换v h-值。将开

35、关、v h、V。”投向v h测，测试仪的功能切换置v h,保持i m值不变，测绘v h-i s 曲线。(4)测绘v h-i m 值。实验仪及实验仪各开关位置同上。保持半导体的电流i s不变，测绘v h-i m 曲线。(5)测量V。值。将切换开关、v h、v o ”投向v。测，在零磁场下，取 i s=2.O O m a,测量v。(6 )拟定样品的导电类型。将实验仪三组双刀开关均投向上方，毫伏表测量电压为v a a ,取 i s =2 .O O m a,-,i m=0.6 a ，测量v h 大小及极性，判断样品导电类型。(7)求样品r h ,n,o,u 值。五.实验数据记录及解决绘制vh-is曲线

36、数据表其中电流范围：i m=0 .6 a；i s=1.0 0 4.0 0 m a绘制v h-i m 曲线数据表其中电流范围：i s=3.0 Om a；i m=0.3 00 0.8 0 0 a。v o=lmv,d=0.5mm,由表画出v 关系线：由表画出v h i s 关系线：相关数据计算 r h=(v h*d)/(i s*b)=1.06*10A-2(m.v)/(a.t)u=|r h|o=?.n=1/|rh I e=6.4*1 0 (2 0)(m 3)o=1 *i/(s*u)=?五.实验结论：1 .当励磁电流im=0时，霍尔电压不为0,且随着霍尔电流的增长而增长，通过作图发现两者满足线性关系。说

37、明在霍尔元件内存在一不等位电压，这是由于测量霍尔电压的两条接线没有在同一个等势面上导致的。2 .当励磁电流保持恒定，改变霍尔电流时，测量得到的霍尔电压随霍尔电流的增长而增长，通过作图发现两者之间满足线性关系。3.当霍尔电压保持恒定，改变励磁电流时，测量得到的霍尔电压随励磁电流的增长而增长，通过作图发现两者之间也满足线性关系六.注意事项：1.不要带电接线，中间改变电路时，一定要先关闭电源，再连接电路。2.实验完毕后要整理实验仪器，先关闭电源，再将电线拆下，捋好后放在实验仪器的右侧。3.仪器开机前应将im、i h 调节旋钮逆时针方向旋到底，使其输出电流趋于最小，然后再开机关机前，应将im、i h

38、调节旋钮逆时针方向旋到底，然后切断电源 4.电源开机后预热几分钟，即可进行实验。5.在实验过程中实验仪的u h 开关应至始至终保持闭合，否则会为、1”或数字跳动现象。6.改变i h 或霍尔元件过程应断开实验仪上的im 换向开关以防长时间通电而发热，导致霍尔元件升温影响实验结果。篇六：大学物理实验报告系列之霍尔效应大学物理实验报告)篇七：霍尔效应实验报告霍尔效应-材料电传导特性测量实验目的详见预习报告二.实 验 原 理详见预习报告三.实验环节与数据记录仪器型号：dhd 80 1 2 型程控换相电源cvm-2 0 2 3 型电输运性质测试仪1.按实验装置图检查测试系统各组件和连线；3.打开电特性测

39、试仪开关，预热半小时；打开励磁电源开关，预热半小时；并将励磁电源设立为自动扫描；4.测量电磁铁的磁场与励磁电流的关系(1)将恒流源的电流端和微伏表上的霍尔电压测试端与霍尔元件上的相应端点连接。设立恒流源的输出电流i s 分别为3ma,2m a,Im a,然后将励磁电流im 通过计算机调整到5a,按步长0.5 a 将电流减小到0,换向后反方向增长到-5 a。测出每一点霍尔器件输出的霍尔电压；(2)由公式b?uhd，计算不同励磁电流相应的磁场值，并绘出b-im 曲线(霍尔元件的isrbd?5 2.5 g s/?)性能参数；r b(3)所记录的数据如下表：表 1.测量磁场电流与电磁铁磁场的关系图 1

40、.励磁电流im 与磁场b 关系图用 m atl a b 拟合曲线得关系式为 b=-946.6*im 2 50；r s q u a re：1；a d ju s te d r-sq u a r e：1；r mse:9.7685.测量半导体样品的电阻率、霍尔系数，拟定半导体样品中的载流子浓度和迁移率 睇化铜样品薄膜厚度d=0.4 7mm(1)样品电阻率的测量：不加磁场而通以正电流，给 a b 和 a d 通以恒定电流i,测量v d c(+i)vbc(+i);改变电流方向测量vd c(i)和 v b c(i)；由上述数据，据式?v?d(v 1?v2)?f(1)可获得半导体样品的平均电阻率p2 i n2

41、iv2所记录数据如下：从 a b(v l),i=10ma,测得 vdc=0.1 2 2 mv;i=-l 0 m a,测得 vdcz=-0.1 12mv；从 a-d(v 2),i=10m a,测得 v b c =0.129mv;i=-1 0 m a,测得 vbc=-0.1 1 9mv;?v l 0 129f()20.99952(用m a tla b 计 算),?1.057v 2 0.1 2 2?1?2.64*1 0?5?m?2?2.64*1 0?5?mvlO.11 9 f()?0.9 9 94 6(用 m atl ab 计算),063,v2 0.112?212222?2.6 4*10?5?m(2

42、)霍尔电压的测量：固定磁场大小(通过调节励磁电流大小，并考虑电磁铁磁芯的剩磁)，选取恒流源电流的大小，分别改变电流和磁场的方向，运用v?vh?ve?1(v y )1?(v y )2?(v y)3?(v y)4 得到所用半导体样品的霍尔电压值，求出4霍尔系数；在此基础上，改变恒流电源电流大小，测量5个点，取平均值。所记录数据如 F：i m=4 ,5 0 0 a表 2 .恒流源电流与霍尔电压关系表r?h?r b?,r b?hi d b?i由关系式 b =-9 4 6.6*i m -2 5 0 知，当 i m =4.5 0 0 a 时，b =-4 5 09 .7 gs;d=0.4 7 m m-8 3

43、r b平 均 值=1.3 9 7*1 0m/c 判断得出载流子为负电荷；r b?1 /n q,q=l.6 02*1 0-1 9 c,n =4 .4 6 8*1 02 6 m 3,即为载流子浓度；5 .测 量铁磁金属薄膜材料的反常霍尔效应；在此基础上，得到该铁磁导体样品的矫顽力(1)把铁磁薄膜材料样品连好，打开电脑，执行程序h a 1 l.e x e；(2)计算机将完毕数据的采集工作，并将所测铁磁性薄膜样品的磁滞回线画出。根据所测样品的磁滞回线，判断其磁各向异性方向并计算出材料的矫顽力；所测数据用o r i g i n画出的图形如下：图2.磁性薄膜的反常霍尔效应曲线先画一条直线h=0,与磁滞回线

44、相交于两点，求出这两点纵坐标的中点m。；画出m =m。，与磁滞回线相交于h l 和 h 2,两者绝对值取平均，就是矫顽力。最后求得其矫顽力3 7 1 0g s,磁化方向垂直膜面。四.实验分析与讨论1 .电流较小，观测到磁场电流绝对值相同时，在同一励磁电流下，正向磁场电流比反向磁场电流相应的磁场绝对值大，为电磁铁铁芯存在剩磁的缘故；2.测量霍尔电压时采用v?v h?v e?1(v y)1?(v y)2?(v y)3?(v y)4 ,用此方法可以消 4除除了爱廷豪森效应以外的其他儿个附加电势差-能斯特效应、里纪勒杜克效应等，由于爱森豪廷效应所引起的误差约为5%,所以可以认为上述结果就是霍尔电压。实

45、验中，第二步和第三步改变电流方向时，测量动作要快，由帕尔帖效应引起的温度梯度来不及改变方向时就应测量完毕，这样热流方向就不会变化，能斯特效应和里纪勒杜克效应就只取决于磁场；3.用计算机扫描样品的磁滞回线时，初次使用时扫描范围应大一些，步长也大一些，这样可以在较短时间内看出磁滞回线的大体轮廓，而后调整扫描范围，缩短步长，直到得到较为抱负的曲线；4.测量铁磁金属薄膜材料的反常霍尔效应的实验中，在一开始我们测出的曲线十分异常，推测为样品与仪器接口接触不良或样品有损坏等因素导致。在重新安装样品确认所有接口都正常接触的情况下曲线仍然异常（无法闭合），故肯定为样品损坏致使其无法体现反常霍尔效应；更换样品后

46、这一现象消失。五.实验小结1.电磁铁的磁场与励磁电流的关系：b=-9 4 6.6 *im -2 5 0,呈线性；2.半导体样品的电阻率p=2.64*1 0?5?m;-833 .所测样品载流子为负电荷，霍尔系数rb=1.3 9 7*1 O m/c；载流子浓度n=4.468*1 026m-3;4.铁磁导体样品的矫顽力=371 Ogs。参考文献 光电信息科学与技术专业实验讲义 复旦大学光科学与工程系2 0 2 3 年 8 月篇八：霍尔效应的应用实验报告一、名称：霍尔效应的应用 二、目的：1 .霍尔效应原理及霍尔元件有关参数的含义和作用2.测绘霍尔元件的v h-is,v h-im 曲线，了解霍尔电势差

47、v h 与霍尔元件工作电流is,磁场应强度b 及励磁电流im 之间的关系。3.学习运用霍尔效应测量磁感应强度b 及磁场分布。4.学习用、对称互换测量法”消除负效应产生的系统误差。三、器材：1、实验仪：(1 )电磁铁。(2)样品和样品架。(3)i s 和 im换向开关及vh、vo切换开关。2、测试仪：(1)两组恒流源。(2)直流数字电压表。四、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，这种偏转就导致在垂直电流和磁场方向上产生正负电荷的聚积，从而形成附加的横向电场，即霍尔电场e h。如图1 5-1 所示的半导体试样，若在

48、x 方向通以电流is，在 z方向加磁场b,则在y方向即试样a-a/电极两侧就开始聚集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。对图所示的n型试样，霍尔电场逆y方向，(b)的p型试样则沿y方向。即有e h(y )?0?(n 型)e h(y)?O?(p 型)显然，霍尔电场eh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e eh与洛仑兹力e b相等，样品两侧电荷的积累就达成动态平衡，故e e h?e b (1)其中e h 为霍尔电场，v 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 ，则i s?n e b d (2)由(1)、(2)两式可得

49、：v hI n e?e h b?l i s b n ed?r hi s b d(3)即霍尔电压v h （a、a/电极之间的电压）与 i s b 乘积成正比与试样厚度d成反比。比例系数r h称为只要测出v h （伏）以及知道i s （安）、b（高斯）和 d（厘米）可按下式计算r h （厘米 3 /库仑）：r h=v h d i s b?1 08（4）上式中的1 0 8是由于磁感应强度b用电磁单位（高斯）而其它各量均采用e g s 实用单位而引入。由于产生霍尔效应的同时，随着多种副效应，以致实测的霍尔电场间电压不等于真实的v h 值，因此必需设法消除。根据副效应产生的机理，采用电流和磁场换向的对称

50、测量法基本上能把副效应的影响从测量结果中消除。具体的做法是i s 和 b （即 i m）的大小不变，并在设定电流和磁场的正反方向后，依次测量由下面四组不同方向的i s 和 b （即 i m）时的v l,V 2,v 3 ,v 4,1）+i s +b v l 2）+i s -b v 2 3）-i s -b v 3 4 ）-i s+b v 4然后求它们的代数平均值，可得：v h?v l?v 2?v 3?v 44通过对称测量法求得的V h误差很小。另一方面，射载流子浓度为n,薄片厚度为d,则电流强度i与 u的关系为：i?b d n q u?（5）,则可得到 v b b?1 i b n q d?（6）,