免費下載！
[!--downpath--]化學(xué)實驗報告
二、實驗?zāi)康模?span style="display:none">tvm物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))
1、了解霍爾效應(yīng)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(guān)系；
3、學(xué)習(xí)用霍爾器件檢測磁感應(yīng)硬度的原理和方式,檢測長直螺旋管軸向磁感應(yīng)硬度及分布；
4、學(xué)習(xí)用對稱交換檢測法（異號法）去除負效應(yīng)形成的系統(tǒng)偏差.
三、儀器用品：YX-04型霍爾效應(yīng)實驗儀（儀器資產(chǎn)編號）
四、實驗原理：
1、霍爾效應(yīng)現(xiàn)象及物理解釋
霍爾效應(yīng)從本質(zhì)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(zhuǎn).當帶電粒子（電子或空穴）被約束在固體材料中,這些偏轉(zhuǎn)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(chǎn)生附加的縱向電場.對于圖1所示.
半導(dǎo)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(cè)就開始積聚異號電荷而形成相應(yīng)的電場,電場的指向取決于樣品的導(dǎo)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(chǎn)生了穩(wěn)定的電勢差（霍爾電流）.
設(shè)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(shù),是反映材料霍爾效應(yīng)強弱的重要參數(shù).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(shù).
（1）由的符號（霍爾電流的正負）判定樣品的導(dǎo)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(yīng)當強調(diào),這個關(guān)系式是假設(shè)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(tǒng)計分布,需引入的修正因子（可參閱黃昆、謝希德著《半導(dǎo)體化學(xué)學(xué)》）.
（3）結(jié)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(guān)系：
（1－5）
2、霍爾效應(yīng)中的副效應(yīng)及其清除方式
上述推論是從理想情況出發(fā)的,實際情況要復(fù)雜得多.形成上述霍爾效應(yīng)的同時還伴隨形成四種副效應(yīng),使的檢測形成系統(tǒng)偏差,如圖2所示.
（1）厄廷好森效應(yīng)導(dǎo)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(zhuǎn)直徑大,能較快地抵達接點3的側(cè)面,因而造成3側(cè)面較4側(cè)面集中較多能量高的電子,結(jié)果3、4側(cè)面出現(xiàn)溫差,形成溫差電動勢.可以證明.的正負與和的方向有關(guān).
（2）能斯特效應(yīng)導(dǎo)致的電勢差.焊點1、2間接觸內(nèi)阻可能不同,通電發(fā)熱程度不同,故1、2兩點間氣溫可能不同,于是導(dǎo)致熱擴散電壓.與霍爾效應(yīng)類似,該熱擴散電壓也會在3、4點間產(chǎn)生電勢差.若只考慮接觸內(nèi)阻的差別,則的方向僅與磁場的方向有關(guān).
（3）里紀-勒杜克效應(yīng)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(yīng)同樣的理由,又會在3、4點間產(chǎn)生溫差電動勢.的正負僅與的方向有關(guān),而與的方向無關(guān).
（4）不等電勢效應(yīng)導(dǎo)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(xiàn)電勢差.的正負只與電壓的方向有關(guān)物理實驗 霍爾效應(yīng),而與的方向無關(guān).
綜上所述物理實驗 霍爾效應(yīng),在確定的磁場和電壓下,實際測出的電流是霍爾效應(yīng)電流與副效應(yīng)形成的附加電流的代數(shù)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(yīng)的影響.在規(guī)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(shù)平均值得：
通過上述檢測方式,即使不能清除所有的副效應(yīng),但較小,引入的偏差不大,可以忽視不計,因而霍爾效應(yīng)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(yīng)硬度.
（1－7）
2、直螺旋管離中點處的軸向磁感應(yīng)硬度理論公式：
（1－8）
式中,是磁介質(zhì)的磁導(dǎo)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(yīng)硬度
（1－9）
五、實驗內(nèi)容：
檢測霍爾器件的、關(guān)系；
1、將測試儀的“調(diào)節(jié)”和“調(diào)節(jié)”旋鈕均置零值（即逆秒針旋究竟）,極性開關(guān)選擇置“0”.
2、接通電源,電壓表顯示“0.000”.有時,調(diào)節(jié)電位器或調(diào)節(jié)電位器起點不為零,將出現(xiàn)電壓表指示末位數(shù)不為零,亦屬正常.電流表顯示“0.0000”.
3、測定關(guān)系.取＝900mA,保持不變；霍爾器件放在螺旋管中點（二維聯(lián)通尺水平方向14.00cm處與讀數(shù)零點對齊）.順秒針轉(zhuǎn)動“調(diào)節(jié)”旋鈕,依次取值為1.00,2.00,…,10.00mA,將和極性開關(guān)選擇置“＋”和“－”改變與的極性,記錄相應(yīng)的電流表讀數(shù)值,填入數(shù)據(jù)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(guān)系.取=10mA,保持不變；霍爾器件放在螺旋管中點（二維聯(lián)通尺水平方向14.00cm處與讀數(shù)零點對齊）.順秒針轉(zhuǎn)動“調(diào)節(jié)”旋鈕,依次取值為0,100,200,…,900mA,將和極性開關(guān)擇置“＋”和“－”改變與的極性,記錄相應(yīng)的電流表讀數(shù)值,填入數(shù)據(jù)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(yīng)硬度
1、取=10mA,＝900mA.
2、移動水平調(diào)節(jié)螺絲,使霍爾器件在直螺線管中的位置（水平聯(lián)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(yīng)的電流表讀數(shù)值,填入數(shù)據(jù)記錄表3,估算出直螺旋管軸向?qū)?yīng)位置的磁感應(yīng)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(yīng)硬度的理論值,并與長直螺旋管中心磁感應(yīng)硬度的檢測值比較,用百分偏差的方式表示檢測結(jié)果.式中,其余參數(shù)詳見儀器標牌所示.
六、注意事項：
1、為了清除副效應(yīng)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(guān)置0位.
4、霍耳器件及二維聯(lián)通尺容易扭斷、變形,要注意保護,應(yīng)注意防止擠壓、碰撞等,不要用手觸摸霍爾器件.
七、數(shù)據(jù)記錄：KH=23.09,N=3150匝,L=280mm,r=13mm
表1關(guān)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(guān)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(guān)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(shù)據(jù)處理：（畫圖用座標紙）
九、實驗結(jié)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(guān)系.
長直螺旋管軸向磁感應(yīng)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(wǎng)站:中有好多