急需大学物理实验报告
1.实验名称:霍尔效应原理及其应用。
二、实验的目的:
1，了解霍尔效应原理；
2.测量霍尔元件曲线，了解霍尔电压和霍尔元件工作电流与直螺线管励磁电流的关系；
3.学习用霍尔元件测量磁感应强度的原理和方法，测量长直螺旋管的轴向磁感应强度和分布；
4.学会用对称交换测量法(异号法)消除负面效应引起的系统误差。
三。仪器仪表:YX-04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
霍尔效应本质上是运动的带电粒子在磁场中受到洛仑兹力而产生的偏转。当带电粒子(电子或空穴)被限制在固体材料中时，这种偏转导致正负电荷在垂直于电流和磁场的方向上积累，从而形成附加的横向电场。如图1所示。
如果在X方向上对半导体样品施加电流，在Z方向上对其施加磁场，不同符号的电荷将开始在Y方向上积累，即在样品A和A’的电极两侧积累，并且将产生相应的电场。电场的方向取决于样品的导电类型。显然，当载流子受到横向电场力时，电荷不断积累，电场不断加强，直到样品两侧的电荷积累达到平衡，即样品A和A’之间形成稳定的电位差(霍尔电压)。
设它是霍尔电场，是载流子在电流方向的平均漂移速度；如果样品的宽度为，厚度为，载流子浓度为，则有:
(1-1)
因为，而且根据，那么
(1-2)
其中，霍尔系数是反映材料霍尔效应强弱的重要参数。只要，，知道，可以按下式计算:
(1-3)
(1—4)
是霍尔元件灵敏度。根据RH，可以进一步确定以下参数。
(1)通过(正负霍尔电压)的符号判断样品的导电类型。判别的方法是根据和的方向(即+，+)如图65438中+0所示。如果测得的电位小于0(即A '的电位低于A)，则样品属于N型，反之亦然。
(2)通过计算载流子浓度，即。应该指出，这种关系是基于所有载流子具有相同漂移速度的假设。严格来说，考虑到载流子速度的统计分布，需要引入的修正因子(参见黄昆、谢希德的《半导体物理》)。
(3)结合电导率的测量，计算载流子的迁移率。电导率与载流子浓度和迁移率之间的关系如下:
(1-5)
2.霍尔效应的副作用及其消除方法。
以上推导是基于理想情况，实际情况要复杂得多。上面提到的霍尔效应伴随着四种副作用，会导致测量中的系统误差，如图2所示。
(1)厄廷豪森效应引起的电位差。因为电子实际上并不以同速V沿Y轴负向运动，所以速度高的电子回转半径大，能很快到达触点3侧，这就导致高能量的电子更多地集中在3侧而不是4侧。结果，在侧面3和4之间存在温差，导致热电电动势。可以证明。的符号与和的方向有关。
(2)能斯特效应引起的电位差。焊点1和2之间的接触电阻可能不同，受热程度不同，因此1和2两个点之间的温度可能不同，从而产生热扩散电流。与霍尔效应类似，热扩散电流也会在3点和4点之间形成电位差。如果只考虑接触电阻的差异，接触电阻的方向只与磁场的方向有关。
(3)里纪-拉杜奇效应引起的电位差。由于上述热扩散电流的载流子速度不同，根据与Ettinghausen效应相同的原因，在3和4点之间会形成热电电动势。的符号只与的方向有关，而与的方向无关。
(4)不等电位效应引起的电位差。由于制造难度和材料的不均匀性，3点和4点不可能在同一等势面上。只要有电流沿X方向流动，即使没有磁场，3点和4点之间也会有电位差。的正负只与电流的方向有关，与的方向无关。
综上所述，在一定的磁场和电流下，实际测得的电压是霍尔效应电压和副作用产生的附加电压的代数和。通过对称测量改变和磁场的方向，可以消除和减少副作用的影响。电流和磁场的正负方向指定后，可以测量以下四组不同方向的电压。即:
, :
, :
, :
, :
然后求、、、的代数平均值:
通过上述测量方法，虽然不能消除所有的副作用，但它很小，引入的误差可以忽略不计，因此霍尔效应电压可以近似为:
(1-6)
3.直螺线管中的磁场分布
1.从上面的分析可以看出，当通电的霍尔元件置于磁场中，霍尔元件的灵敏度已知，测得其和，就可以计算出磁场的磁感应强度。
(1-7)
2.直螺旋管中点轴向磁感应强度的理论公式:
(1-8)
其中，是磁介质的磁导率、螺旋管的匝数、通过螺旋管的电流、螺旋管的长度、螺旋管的内径和距螺旋管中点的距离。
当X=0时，螺旋管中点的磁感应强度
(1-9)
动词 （verb的缩写）实验内容:
测量霍尔元件之间的关系；
1.将测试仪的“调整”和“调节”旋钮设置为零(即逆时针旋转到底)，并将极性开关设置为“0”。
2.打开电源，电流表显示“0.000”。有时候调整电位器或者电位器起点不为零是正常的，电流表会显示最后一位不为零。电压表显示“0.0000”。
3.确定关系。取= =900mA，保持不变；霍尔元件放在螺旋管的中点(二维移动标尺水平方向14.00cm对准读数零点)。顺时针旋转“调整”旋钮，依次取值为1.00，2.00，…，10.00mA。选择极性开关的“+”、“-”改变和的极性，记录相应的电压表读数，填入数据记录表1。
4.用横坐标和纵坐标作图，定性讨论曲线。
5.确定关系。取=10毫安，保持不变；霍尔元件放在螺旋管的中点(二维移动标尺水平方向14.00cm对准读数零点)。顺时针旋转“调整”旋钮，依次取值为0，100，200，…，900 mA。选择“+”和“-”改变和的极性，记录相应的电压表读数，填入数据记录表2。
6.用横坐标和纵坐标作图，定性讨论曲线。
长直螺旋管轴向磁感应强度的测量
1，取=10毫安，= = 900毫安。
2.移动水平调节螺钉，使霍尔元件在直螺线管中的位置(通过水平移动游标读取)，从14.00cm开始，到0cm结束。改变极性，记录相应的电压表读数，填入数据记录表3，计算直螺旋管轴向对应位置的磁感应强度。
3.用横坐标和纵坐标作图，定性讨论曲线。
4.用公式(1-8)计算出长直螺旋管中心磁感应强度的理论值，并与长直螺旋管中心磁感应强度的测量值进行比较，将测量结果以百分误差的形式表示出来。型，其余参数均显示在仪器铭牌上。
六、注意事项:
1.为了消除副作用的影响，实验中采用了对称测量法，即改变和的方向。
2.霍尔元件的工作电流引线和霍尔电压引线不会弄错；霍尔元件的工作电流应与螺线管的励磁电流相区别，否则会烧坏霍尔元件。
3.在实验间歇期间断开螺线管的励磁电流和霍尔元件的工作电流，即将sum的极性开关设置为0。
4.霍尔元件和二维移动尺容易折断变形，要注意保护，避免挤压和碰撞，不要用手触摸霍尔元件。
七。数据记录:KH=23.09，N=3150圈，L=280mm，r=13mm。
表1关系(=900mA)
mV mV mV mV mV
1.00 0.28 -0.27 0.31 -0.30 0.29
2.00 0.59 -0.58 0.63 -0.64 0.61
3.00 0.89 -0.87 0.95 -0.96 0.90
4.00 1.20 -1.16 1.27 -1.29 1.23
5.00 1.49 -1.46 1.59 -1.61 1.54
6.00 1.80 -1.77 1.90 -1.93 1.85
7.00 2.11 -2.07 2.22 -2.25 2.17
8.00 2.41 -2.38 2.65 -2.54 2.47
9.00 2.68 -2.69 2.84 -2.87 2.77
10.00 2.99 -3.00 3.17 -3.19 3.09
表2关系(=10.00mA)
mV mV mV mV mV
0 -0.10 0.08 0.14 -0.16 0.12
100 0.18 -0.20 0.46 -0.47 0.33
200 0.52 -0.54 0.80 -0.79 0.66
300 0.85 -0.88 1.14 -1.15 1.00
400 1.20 -1.22 1.48 -1.49 1.35
500 1.54 -1.56 1.82 -1.83 1.69
600 1.88 -1.89 2.17 -2.16 2.02
700 2.23 -2.24 2.50 -2.51 2.37
800 2.56 -2.58 2.84 -2.85 2.71
900 2.90 -2.92 3.18 -3.20 3.05
表3关系式= 10.00毫安，= 900毫安
(mV) (mV) (mV) (mV) B ×10-3T
0 0.54 -0.56- 0.73 -0.74 2.88
0.5 0.95 -0.99 1.17 -1.18 4.64
1.0 1.55 -1.58 1.80 -1.75 7.23
2.0 2.33 2.37- 2.88 -2.52 10.57
4.0 2.74 -2.79 2.96 -2.94 12.30
6.0 2.88 -2.92 3.09 -3.08 12.90
8.0 2.91 -2.95 3.13 -3.11 13.10
10.0 2.92 -2.96 3.13 -3.13 13.10
12.0 2.94 -2.99 3.15 -3.06 13.20
14.0 2.96 -2.99 3.16 -3.17 13.3
八、数据处理:(绘图用的图形纸)
九、实验结果:
实验表明，霍尔电压与霍尔元件的工作电流和直螺线管的励磁电流成线性关系。
长直螺旋管的轴向磁感应强度:
b = UH/KH * IS = 1.33 x 10-2T
理论值的比较误差为:E=5.3%。
十、问题讨论(或思考问题):
参考资料:
网站:有很多在。