对霍尔效应实验的建议 对霍尔效应实验的建议和改进意见

霍尔效应实验的误分析霍尔效应实验怎么做？

霍尔效应实验的误分析：

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霍尔效应实验是一个受系统误影响较大的实验，特别是在霍尔效应产生的同时，伴随产生的其他效应引起的附加电场对实验影响较大。

本文简单介绍该实验的原理和实验误的来源，使用0rigin6．o软件处理实验数据，分析附加电场对霍尔电压和电流线性关系的影响，以及对霍尔系数测量值的影响。

结果表明：附加电场的存在不会影响所测霍尔电压和电流U—j，的线性关系，但对霍尔系数的测量有较大影响。

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所产生的。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于电流和磁场的方向上产生正负电荷的积累，从而形成附加的横向电场。

半导体试样，若在方向通以电流，在方向（垂直纸面向外）加磁场，则在方向即试样、电极两侧就开始积累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的。当载流子所受的横向电场力与洛仑兹力相等时，样品两侧电荷的积累就达到平衡。

霍尔效应实验中如何减小或消除附加电压所产生的影响？

霍尔效应实验中附加电压产生的原因、特点及其消除方法如下。

1．不等势电压

由横向电极位置不对称而产生的电压降V0，它与外磁场B无关，仅与工作电流IS的方向有关。

2．爱廷豪森效应

从微观来看，当霍尔电压达到一个稳定值VH时，速度为v的载流子的运动达到动态平衡。但从统计的观点看，元件中速度大于v和小于v的载流子也有。因速度大的载流子所受的洛仑兹力大于电场力，而速度小的载流子所受的洛仑兹力小于电场力，因而速度大的载流子会聚集在元件的一侧，而速度小的载流子聚集在另一侧，又因速度大的载流子的能量大，所以有快速粒子聚集的一侧温度高于另一侧。这种由于温而产生电压的现象称为爱廷豪森效应。该电压用VE表示，它不仅与外磁场B有关，还与电流IS有关。

3．能斯脱效应

在元件上接出引线时，不可能做到接触电阻完全相同。当电流IS通过不同接触电阻时会产生不同的焦耳热，并因温产生一个附加电压VN，这就是能斯脱效应。它与电流IS无关，只与外磁场B有关。

4．里记-勒杜克效应

由能斯脱效应产生的电流也有爱廷豪森效应，由此而产生附加电压VRL，称为里记-勒杜克效应。VRL与IS无关，只与外磁场B有关。因此，在确定磁场B和工作电流IS的条件下，实际测量的电压包括VH，V0，VE，VN，VRL 5个电压的代数和。测量时可用改变IS和B的方向的方法，抵消某些因素的影响。例如测量时首先任取某一方向的IS和B为正，用IS+、B+表示，当改变它们的方向时为负，用IS-、B-表示，保持IS、B的数值不变，取（IS+，B+）、（IS-、B+）、（IS+、B-）、（IS-，B-）四种条件进行测量，测量结果分别为：

V1= VH+V0+VE+VN+VRL

V2=-VH-V0-VE+VN+VRL

V3=-VH+V0-VE-VN-VRL

V4=VH-V0+VE-VN-VRL

从上述结果中消去V0，VN和VRL，得到

VH=（V1-V2-V3+V4）-VE

一般地VE比VH小得多，在误范围内可以忽略不计。

急~~~!!!关于霍耳效应

⑴霍尔元件只能测量出平行于法线的磁场分量，测出的值为BCosθ，θ为磁场与法线的夹角。要判断磁场B的方向与元件法线方向是否一致，只需慢慢旋转元件，直至测出的值达到值，这时方向就是一致。

⑵不能，因为交变磁场会产生电动势，影响测量结果。

利用霍尔效应测磁场实验两个问题

1.霍尔效应的本质是：

固体材料中的载流子在外加磁场中运动时，因为受到洛仑兹力的作用而使轨迹发生偏移，并在材料两侧产生电荷积累，形成垂直于电流方向的电场，最终使载流子受到的洛仑兹力与电场斥力相平衡，从而在两侧建立起一个稳定的电势即霍尔电压。正交电场和电流强度与磁场强度的乘积之比就是霍尔系数。平行电场和电流强度之比就是电阻率。大量的研究揭示：参加材料导电过程的不带负电的电子，还有带正电的空穴。

2.霍尔电压与磁场成正比 因此实验测得的数据处理更为重要

而的数据只要通过较为精密的仪器（当然，电压表选高内阻的，霍尔件等效内阻也要小）测量即可

数据处理时只要用传统的描点法作图，取出不准确的点 得到斜率即可

此外，霍尔电压测量时会受到附加电压的影响，如不等边电压、温电效应附加电压、热磁电压等。减少误的方法可以是改变通过霍尔元件电流的方向以及磁感应强度的方向分别测出四组数据V1、v2、v3、v4，vh=(v1-v2+v3-v4)/4.这个方法叫做对称测量法

如果还有问题请参考下面的链接！！

霍尔效应实验报告

霍尔效应实验报告包含：实验目的、实验仪器设备、实验的基本构思和原理、实验数据记录及处理、实验结论、注意事项等。

目的与要求：

（1）了解霍尔效应测量磁场的原理和方法；

（2） 观察磁电效应现象；

（3） 学会用霍尔元件测量磁场及元件参数的基本方法。

霍尔感应的是垂直于其芯片表面的磁场强度，所以要注意的是放置的位置要垂直于磁力线方向，这样测量的结果才会较准。

霍尔效应测磁场，只能测出垂直于电流方向的磁场。所以，必须保证电流方向与磁场方向垂直，否则测出的磁场只是垂直于电流方向的分量，测量值偏小。

解释：

在半导体上外加与电流方向垂直的磁场，会使得半导体中的电子与空穴受到不同方向的洛伦兹力而在不同方向上聚集，在聚集起来的电子与空穴之间会产生电场，电场力与洛伦兹力产生平衡之后，不再聚集，此时电场将会使后来的电子和空穴受到电场力的作用而平衡掉磁场对其产生的洛伦兹力，使得后来的电子和空穴能顺利通过不会偏移，这个现象称为霍尔效应。而产生的内建电压称为霍尔电压。

以上内容参考：

霍尔效应实验的感悟

一、实验名称： 霍尔效应原理及其应用

二、实验目的：

1、了解霍尔效应产生原理；

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 间的关系；

3、学习用霍尔元件测量磁感应强度的原理和方法,测量长直螺旋管轴向磁感应强度 及分布；

4、学习用对称交换测量法（异号法）消除负效应产生的系统误.

三、仪器用具：YX-04型霍尔效应实验仪（仪器资产编号）

四、实验原理：

1、霍尔效应现象及物理解释

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于电流和磁场的方向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.

半导体样品,若在x方向通以电流 ,在z方向加磁场 ,则在y方向即样品A、A′电极两侧就开始聚积异号电荷而产生相应的电场 ,电场的指向取决于样品的导电类型.显然,当载流子所受的横向电场力 时电荷不断聚积,电场不断加强,直到 样品两侧电荷的积累就达到平衡,即样品A、A′间形成了稳定的电势（霍尔电压） .

设 为霍尔电场, 是载流子在电流方向上的平均漂移速度；样品的宽度为 ,厚度为 ,载流子浓度为 ,则有：

（1－1）

因为 , ,又根据 ,则

（1－2）

其中 称为霍尔系数,是反映材料霍尔效应强弱的重要参数.只要测出 、 以及知道 和 ,可按下式计算 ：

（1－3）

（1—4）

为霍尔元件灵敏度.根据RH可进一步确定以下参数.

（1）由 的符号（霍尔电压的正负）判断样品的导电类型.判别的方法是按图1所示的 和 的方向（即测量中的＋ ,＋ ）,若测得的 ＜0（即A′的电位低于A的电位）,则样品属N型,反之为P型.

（2）由 求载流子浓度 ,即 .应该指出,这个关系式是定所有载流子都具有相同的漂移速度得到的.严格一点,考虑载流子的速度统计分布,需引入 的修正因子（可参阅黄昆、谢希德著《半导体物理学》）.

（3）结合电导率的测量,求载流子的迁移率 .电导率 与载流子浓度 以及迁移率 之间有如下关系：

（1－5）

2、霍尔效应中的副效应及其消除方法

上述推导是从理想情况出发的,实际情况要复杂得多.产生上述霍尔效应的同时还伴随产生四种副效应,使 的测量产生系统误,如图2所示.

（1）厄廷好森效应引起的电势 .由于电子实际上并非以同一速度v沿y轴负向运动,速度大的电子回转半径大,能较快地到达接点3的侧面,从而导致3侧面较4侧面集中较多能量高的电子,结果3、4侧面出现温,产生温电动势 .可以证明 . 的正负与 和 的方向有关.

（2）能斯应引起的电势 .焊点1、2间接触电阻可能不同,通电发热程度不同,故1、2两点间温度可能不同,于是引起热扩散电流.与霍尔效应类似,该热扩散电流也会在3、4点间形成电势 .若只考虑接触电阻的异,则 的方向仅与磁场 的方向有关.

（3）里纪-勒杜克效应产生的电势 .上述热扩散电流的载流子由于速度不同,根据厄廷好森效应同样的理由,又会在3、4点间形成温电动势 . 的正负仅与 的方向有关,而与 的方向无关.

（4）不等电势效应引起的电势 .由于制造上的困难及材料的不均匀性,3、4两点实际上不可能在同一等势面上,只要有电流沿x方向流过,即使没有磁场 ,3、4两点间也会出现电势 . 的正负只与电流 的方向有关,而与 的方向无关.

综上所述,在确定的磁场 和电流 下,实际测出的电压是霍尔效应电压与副效应产生的附加电压的代数和.可以通过对称测量方法,即改变 和磁场 的方向加以消除和减小副效应的影响.在规定了电流 和磁场 正、反方向后,可以测量出由下列四组不同方向的 和 组合的电压.即：