用霍尔元件测螺线管磁场实验报告.doc

实验三十 用霍尔元件测螺旋磁场
【实验目的】
学****用霍尔效应测量磁场的原理和方法。
学****用霍尔元件测绘长直螺线管的轴向磁场分布。【实验仪器】
TH—H型霍尔效应实验组合仪。【实验原理】
霍尔效应
霍尔效应e 称为霍尔系数，它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
d (cm)
，可按下式计算
(
3
/ )
VH
V )
I S
A)
B(Gs)
RH cm
C
RH
VH d 108
( 3-31-4 )
I S B
上式中的 108 是由于磁感应强度 B 用电磁单位高斯 (Gs) ， d 用厘米 (cm) 单位，而
其他各量均采用国际制单位引入。
霍尔系数 RH 与其他参数之间的关系根据 RH 可进一步确定以下参数：
（ 1） 由 RH 的符号（或霍尔电压的正负）判断样品的导电类型。判别的方法是
按图 1 所示的 I S 和 B 的方向，若测得的 V H VA'A 0 ,即 A 点电位高于 A' 点的电位，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 n
1
。应该指出，这个关系式是假定所有
RH e
载流子都有相同的漂移速度得到的。 如果严格一点， 考虑载流子的速度统
计分布，需引入 3
的修正因子（可参阅黄昆、 谢希德著《半导体物理》）。
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（ 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 n 以及
迁移率 之间有如下关系：
ne ( 3-31-5 )
即RH ,测出 值即可求 。
霍尔效应与材料性能的关系
根据上述分析可知， 要得到大的霍尔电压， 关键是要选择霍尔系数大
（即迁移率
高、电阻率
亦较高）的材料。因 RH
,就金属导体而言，
和
均较低，
而不良导体
高，但 极小，因而上述两种材料的霍尔系数都很小，
不能用来制
造霍尔元件。半导体 高， 适中，是制造霍尔元件较理想的材料，由于霍尔电压大小与材料的厚度成反比，因此薄膜型的霍尔元件的输出电压较片状要高得
多。就霍尔器件而言，其厚度是一定的，所以实用上采用 K H 1 来表示器件 ned
的灵敏度， K H 称为霍尔灵敏度，单位为 mV /(mA T ) 。
实验方法
（ 1） 霍尔电压 VH 的测量方法
值得注意的是， 在产生霍尔效应的同时， 因伴随着各种副效应， 以致实验测得的
A、 A' 两极之间的电压并不等于真实的霍尔电压 VH 值，而是包含着各种副效应
所引起的附加电压， 因此必须设法消除。 根据副效应产生的机理可知， 采用电流和磁换向
的对称测量法， 基本上能把副效应的影响从测量中消除。 即在规定了电流和磁场
正、反方向后，分别测量由下列四组不同方向的
IS 和