2022年大学物理实验报告系列之霍尔效应大物霍尔效应实验报告.doc

【试验名称】 霍尔效应
【试验目】
1．了解霍尔效应试验原理以及相关霍尔器件对材料要求知识。
2．学****用“对称测量法”消除付效应影响, 测量试样VH—IS; 和VH—IM曲线。
3．确定试样导电类型、 载流子浓度以及迁移率。
【试验仪器】
霍尔效应试验仪
【试验原理】
霍尔效应从本质上讲是运动带电粒子在磁场中受洛仑兹力作用而引发偏转。当带电粒子(电子或空穴)被约束在固体材料中, 这种偏转就造成在垂直电流和磁场方向上产生正负电荷聚积, 从而形成附加横向电场, 即霍尔电场。
对于图1（a）所表示N型半导体试样, 若在X方向通以电流1s, 在Z方向加磁场B, 试样中载流子（电子）将受洛仑兹力
FB = eB （1）
则在Y方向即试样A、 电极两侧就开始聚积异号电荷而产生对应附加电场一霍尔电场。电场指向取决于试样导电类型。对N型试样, 霍尔电场逆Y方向, P型试样则沿Y方向, 有:
Is (X)、 B (Z) EH (Y) <0 (N型)
EH (Y) >0 (P型)
显然, 该电场是阻止载流子继续向侧面偏移, 当载流子所受横向电场力与洛仑兹力相等时, 样品两侧电荷积累就达成平衡, 故有
= （2）
其中为霍尔电场, 是载流子在电流方向上平均漂移速度。
设试样宽为, 厚度为, 载流子浓度为, 则
（3）
由（2）、 （3）两式可得
（4）
即霍尔电压（、 电极之间电压）与乘积成正比与试样厚度成反比。百分比系数 称为霍尔系数, 它是反应材料霍尔效应强弱关键参数,
1、 由RH符号(或霍尔电压正、 负)判定样品导电类型
判定方法是按图一所表示Is和B方向, 若测得VH = VAA’触f <0, (即点A电位低于点A
′电位) 则RH为负, 样品属N型, 反之则为P型。
2、 由RH求载流子浓度n
即 。应该指出, 这个关系式是假定全部载流子都含有相同漂移速度得到, 严格一点, 考虑载流子速度统计分布, 需引入修正因子（可参阅黄昆、 谢希德著《半导体物理学》）。
3、 结合电导率测量, 求载流子迁移率 m。
电导率 s 与载流子浓度n以及迁移率 m 之间有以下关系:
（6）
即, 经过试验测出 s 值即可求出 m 。
依据上述可知, 要得到大霍尔电压, 关键是要选择霍尔系数大（即迁移率m 高、 电阻率 r 亦较高）材料。因, 就金属导体而言, m 和 r 均很低, 而不良导体 r 虽高, 但极小,