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[!--downpath--]化學實驗報告
二、實驗目的：
1、了解霍爾效應形成原理；
2、測量霍爾器件的、曲線,了解霍爾電流與霍爾器件工作電壓、直螺線管的電樞電壓間的關系；
3、學習用霍爾器件檢測磁感應硬度的原理和方式,檢測長直螺旋管軸向磁感應硬度及分布；
4、學習用對稱交換檢測法（異號法）去除負效應形成的系統偏差.
三、儀器用品：YX-04型霍爾效應實驗儀（儀器資產編號）
四、實驗原理：
1、霍爾效應現象及物理解釋
霍爾效應從本質上講是運動的帶電粒子在磁場中受洛侖茲力作用而造成的偏轉.當帶電粒子（電子或空穴）被約束在固體材料中,這些偏轉就造成在垂直于電壓和磁場的方向上形成正負電荷的積聚,因而產生附加的縱向電場.對于圖1所示.
半導體樣品,若在x方向通以電壓,在z方向加磁場,則在y方向即樣品A、A′電極一側就開始積聚異號電荷而形成相應的電場,電場的指向取決于樣品的導電類型.其實,當柵極所受的縱向電場力時電荷不斷積聚,電場不斷強化,直至樣品兩邊電荷的積累就達到平衡,即樣品A、A′間產生了穩定的電勢差（霍爾電流）.
設為霍爾電場,是自旋在電壓方向上的平均甩尾速率；樣品的厚度為,長度為,自旋含量為,則有：
（1－1）
由于,,又按照,則
（1－2）
其中稱為霍爾系數,是反映材料霍爾效應強弱的重要參數.只要測出、以及曉得和,可按下式估算：
（1－3）
（1—4）
為霍爾器件靈敏度.按照RH可進一步確定以下參數.
（1）由的符號（霍爾電流的正負）判定樣品的導電類型.判斷的方式是按圖1所示的和的方向（即檢測中的＋,＋）,若測得的＜0（即A′的電位高于A的電位）,則樣品屬N型,反之為P型.
（2）由求氮化物含量,即.應當強調,這個關系式是假設所有自旋都具有相同的飄移速率得到的.嚴格一點,考慮自旋的速率統計分布,需引入的修正因子（可參閱黃昆、謝希德著《半導體化學學》）.
（3）結合濁度率的檢測,求自旋的遷移率.濁度率與氮化物含量以及遷移率之間有如下關系：
（1－5）
2、霍爾效應中的副效應及其清除方式
上述推論是從理想情況出發的,實際情況要復雜得多.形成上述霍爾效應的同時還伴隨形成四種副效應,使的檢測形成系統偏差,如圖2所示.
（1）厄廷好森效應導致的電勢差.因為電子實際上并非以同一速率v沿y軸負向運動,速率大的電子回轉直徑大,能較快地抵達接點3的側面,因而造成3側面較4側面集中較多能量高的電子,結果3、4側面出現溫差,形成溫差電動勢.可以證明.的正負與和的方向有關.
（2）能斯特效應導致的電勢差.焊點1、2間接觸內阻可能不同,通電發熱程度不同,故1、2兩點間氣溫可能不同,于是導致熱擴散電壓.與霍爾效應類似,該熱擴散電壓也會在3、4點間產生電勢差.若只考慮接觸內阻的差別,則的方向僅與磁場的方向有關.
（3）里紀-勒杜克效應形成的電勢差.上述熱擴散電壓的自旋因為速率不同,按照厄廷好森效應同樣的理由,又會在3、4點間產生溫差電動勢.的正負僅與的方向有關,而與的方向無關.
（4）不等電勢效應導致的電勢差.因為制造上的困難及材料的不均勻性,3、4兩點實際上不可能在同一等勢面上,只要有電壓沿x方向流過,雖然沒有磁場,3、4兩點間也會出現電勢差.的正負只與電壓的方向有關物理實驗 霍爾效應,而與的方向無關.
綜上所述物理實驗 霍爾效應,在確定的磁場和電壓下,實際測出的電流是霍爾效應電流與副效應形成的附加電流的代數和.可以通過對稱檢測方式,即改變和磁場的方向加以清除和減少副效應的影響.在規定了電壓和磁場正、反方向后,可以檢測出由下述四組不同方向的和組合的電流.即：
,：
,：
,：
,：
之后求,,,的代數平均值得：
通過上述檢測方式,即使不能清除所有的副效應,但較小,引入的偏差不大,可以忽視不計,因而霍爾效應電流可近似為
（1－6）
3、直螺線管中的磁場分布
1、以上剖析可知,將通電的霍爾器件放置在磁場中,已知霍爾器件靈敏度,檢測出和,就可以估算出所處磁場的磁感應硬度.
（1－7）
2、直螺旋管離中點處的軸向磁感應硬度理論公式：
（1－8）
式中,是磁介質的磁導率,為螺旋管的阻值,為通過螺旋管的電壓,為螺旋管的厚度,是螺旋管的外徑,為離螺旋管中點的距離.
X=0時,螺旋管中點的磁感應硬度
（1－9）
五、實驗內容：
檢測霍爾器件的、關系；
1、將測試儀的“調節”和“調節”旋鈕均置零值（即逆秒針旋究竟）,極性開關選擇置“0”.
2、接通電源,電壓表顯示“0.000”.有時,調節電位器或調節電位器起點不為零,將出現電壓表指示末位數不為零,亦屬正常.電流表顯示“0.0000”.
3、測定關系.取＝900mA,保持不變；霍爾器件放在螺旋管中點（二維聯通尺水平方向14.00cm處與讀數零點對齊）.順秒針轉動“調節”旋鈕,依次取值為1.00,2.00,…,10.00mA,將和極性開關選擇置“＋”和“－”改變與的極性,記錄相應的電流表讀數值,填入數據記錄表1.
4、以為橫座標,為縱座標作圖,并對曲線作定性討論.
5、測定關系.取=10mA,保持不變；霍爾器件放在螺旋管中點（二維聯通尺水平方向14.00cm處與讀數零點對齊）.順秒針轉動“調節”旋鈕,依次取值為0,100,200,…,900mA,將和極性開關擇置“＋”和“－”改變與的極性,記錄相應的電流表讀數值,填入數據記錄表2.
6、以為橫座標,為縱座標作圖,并對曲線作定性討論.
檢測長直螺旋管軸向磁感應硬度
1、取=10mA,＝900mA.
2、移動水平調節螺絲,使霍爾器件在直螺線管中的位置（水平聯通游標尺上讀出）,先從14.00cm開始,最后到0cm點.改變和極性,記錄相應的電流表讀數值,填入數據記錄表3,估算出直螺旋管軸向對應位置的磁感應硬度.
3、以為橫座標,為縱座標作圖,并對曲線作定性討論.
4、用公式（1－8）估算長直螺旋管中心的磁感應硬度的理論值,并與長直螺旋管中心磁感應硬度的檢測值比較,用百分偏差的方式表示檢測結果.式中,其余參數詳見儀器標牌所示.
六、注意事項：
1、為了清除副效應的影響,實驗中采用對稱檢測法,即改變和的方向.
2、霍爾器件的工作電壓引線與霍爾電流引線不能弄錯；霍爾器件的工作電壓和螺線管的電樞電壓要分清,否則會燒毀霍爾器件.
3、實驗間隙要斷掉螺線管的電樞電壓與霍爾器件的工作電壓,即和的極性開關置0位.
4、霍耳器件及二維聯通尺容易扭斷、變形,要注意保護,應注意防止擠壓、碰撞等,不要用手觸摸霍爾器件.
七、數據記錄：KH=23.09,N=3150匝,L=280mm,r=13mm
表1關系（=900mA）
（mV）（mV）（mV）（mV）
1.000.28-0.270.31-0.300.29
2.000.59-0.580.63-0.640.61
3.000.89-0.870.95-0.960.90
4.001.20-1.161.27-1.291.23
5.001.49-1.461.59-1.611.54
6.001.80-1.771.90-1.931.85
7.002.11-2.072.22-2.252.17
8.002.41-2.382.65-2.542.47
9.002.68-2.692.84-2.872.77
10.002.99-3.003.17-3.193.09
表2關系（=10.00mA）
（mV）（mV）（mV）（mV）
0-0.100.080.14-0.160.12
1000.18-0.200.46-0.470.33
2000.52-0.540.80-0.790.66
3000.85-0.881.14-1.151.00
4001.20-1.221.48-1.491.35
5001.54-1.561.82-1.831.69
6001.88-1.892.17-2.162.02
7002.23-2.242.50-2.512.37
8002.56-2.582.84-2.852.71
9002.90-2.923.18-3.203.05
表3關系=10.00mA,=900mA
（mV）（mV）（mV）（mV）B×10-3T
00.54-0.56-0.73-0.742.88
0.50.95-0.991.17-1.184.64
1.01.55-1.581.80-1.757.23
2.02.332.37-2.88-2.5210.57
4.02.74-2.792.96-2.9412.30
6.02.88-2.923.09-3.0812.90
8.02.91-2.953.13-3.1113.10
10.02.92-2.963.13-3.1313.10
12.02.94-2.993.15-3.0613.20
14.02.96-2.993.16-3.1713.3
八、數據處理：（畫圖用座標紙）
九、實驗結果：
實驗表明：霍爾電流與霍爾器件工作電壓、直螺線管的電樞電壓間成線性的關系.
長直螺旋管軸向磁感應硬度：
B=UH/KH*IS=1.33x10-2T
理論值比較偏差為:E=5.3%
十、問題討論（或思索題）：
參考資料：網站:中有好多