（實(shí)驗(yàn)原理）霍爾效應(yīng)之答祿夫天創(chuàng)作

2023-11-21 16:41:48實(shí)驗(yàn)視頻19

【實(shí)驗(yàn)名稱】霍爾效應(yīng)之答祿夫天創(chuàng)作

【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?span style="display:none">8eo物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

1．了解霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)原理以及有關(guān)霍爾元件對(duì)資料要求的知識(shí)。

2．學(xué)習(xí)用“對(duì)稱丈量法”消除付效應(yīng)的影響，丈量試樣的VH—IS；和VH—IM曲線。

3．確定試樣的導(dǎo)電類型、載流子含量以及遷移率。【實(shí)驗(yàn)儀器】

霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀

【實(shí)驗(yàn)原理】

霍爾效應(yīng)從實(shí)質(zhì)上講是運(yùn)動(dòng)的帶電粒子在磁場(chǎng)中受洛侖茲力作用而造成的偏轉(zhuǎn)。當(dāng)帶電粒子(電子或空穴)被約束在固體

資料中，這些偏轉(zhuǎn)就造成在垂直電壓和磁場(chǎng)的方向上發(fā)生正

負(fù)電荷的積聚，進(jìn)而產(chǎn)生附加的縱向電場(chǎng)，即霍爾電場(chǎng)。

對(duì)于圖1（a）所示的N型半導(dǎo)體試樣，若在X方向通以電壓

1s，在Z方向加磁場(chǎng)B，試樣中自旋（電子）將受洛侖茲力

FB=evB（1）

則在Y方向即試樣A、A電極一側(cè)就開始積聚異號(hào)電荷而發(fā)生

相應(yīng)的附加電場(chǎng)一霍爾電場(chǎng)。電場(chǎng)的指向取決于試樣的導(dǎo)電

類型。對(duì)N型試樣，霍爾電場(chǎng)逆Y方向物理實(shí)驗(yàn) 霍爾效應(yīng)，P型試樣則沿Y方向，有：

Is(X)、B(Z)EH(Y)

EH(Y)>0(P型)

其實(shí)，該電場(chǎng)是制止自旋繼續(xù)向正面偏斜，當(dāng)柵極所

受的縱向電場(chǎng)力H

eE與洛侖茲力eVB相等時(shí)，樣品兩邊電荷的

積累就達(dá)到平衡，故有

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HeE=Bve（2）

其中HE為霍爾電場(chǎng)，v是自旋在電壓方向上的平均甩尾速率。

設(shè)試樣的寬為b，長(zhǎng)度為d，自旋含量為n，則

bdvneIs=（3）

由（2）、（3）兩式可得

BIRdB

InebEVSHSHH==

=1（4）

即霍爾電流HV（A、A'電極之間的電流）與IsB乘積成反比與試樣長(zhǎng)度成正比。比列系數(shù)ne

RH1

效應(yīng)物理霍爾實(shí)驗(yàn)誤差分析_霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告大學(xué)物理_物理實(shí)驗(yàn) 霍爾效應(yīng)

稱為霍爾系數(shù)，它是反映資料霍爾效應(yīng)強(qiáng)弱的重要參數(shù)，810?=

IsB

VRHH

1、由RH的符號(hào)(或霍爾電流的正、負(fù))判定樣品的導(dǎo)電類型

判定的方式是按圖一所示的Is和B的方向，若測(cè)得的

VH=VAA’觸f

2、由RH求自旋含量n即e

RnH1

=。應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)，這個(gè)關(guān)系式是假設(shè)所有的自旋都具

有相同的甩尾速率得到的，嚴(yán)格一點(diǎn)，考慮自旋的速率統(tǒng)計(jì)分布，需引入8

3π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)合濁度率的丈量，求自旋的遷移率

。

濁度率與自旋含量n以及遷移率

之間有如下

關(guān)系：

μσne=（6）

即σμHR=，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)出值即可求出。

按照上述可知，要得到大的霍爾電流，關(guān)鍵是要選擇霍爾系數(shù)大（即遷移率

高、電阻率

亦較高）的資料。因

μρ=HR物理實(shí)驗(yàn) 霍爾效應(yīng)，就金屬導(dǎo)體而言，和

均很低，而不良導(dǎo)體

雖高，但μ極小，

ned

KH1

（7）

來(lái)暗示元件的靈敏度，HK稱為霍爾靈敏度

【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】

1、測(cè)繪HV-Is曲線。將實(shí)驗(yàn)儀的“HV、σV”切換開關(guān)投

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物理實(shí)驗(yàn) 霍爾效應(yīng)_效應(yīng)物理霍爾實(shí)驗(yàn)誤差分析_霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告大學(xué)物理

向HV側(cè)，測(cè)試儀的“功能切換”置HV。堅(jiān)持MI值不變（取

I=0.6A）,測(cè)繪HV-Is曲線，

2、測(cè)繪HV-MI曲線。實(shí)驗(yàn)儀及測(cè)試儀各開關(guān)位置同上。

堅(jiān)持Is值不變（Is=3.00mA）,測(cè)繪HV-MI曲線，

3、丈量

V值

將“HV、σV”切換開關(guān)投向σV側(cè)，測(cè)試儀的“功能切換”

置σV。在零磁場(chǎng)下，取SI=2.00mA，丈量σV。

注意：Is取值不要過(guò)大，以免σV太大，毫伏表超量程（此時(shí)首數(shù)碼顯示為1，后三位數(shù)碼熄滅）。

4、確定樣品的導(dǎo)電類型

將實(shí)驗(yàn)儀三組太刀開關(guān)均投向上方，即Is沿X方向，B沿Z方向，毫伏表丈量電流為VAA，。取Is=2mA，IM=0.6A，丈量VH大小及極性，判定樣品導(dǎo)電類型。

5、求樣品的RH、n、σ和μ值。【數(shù)據(jù)表格與數(shù)據(jù)記錄】

(mv

mv由公式ccmBIdVRSHH/0549.

1105.004.

=????=?=-

由公式1719

108.810

6.10549.011--?=??==eRnH由公式63..051.1672

=????==

-SVlISσσ西門子/米由公式89.763..0=?==σμHR

第3頁(yè)

【小結(jié)與討論】

(1)了解了霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)原理以及有關(guān)霍爾元件丟資料的要求

的知識(shí)，了解到一些數(shù)學(xué)量比方說(shuō)霍爾系數(shù)，遷移率，濁度率霍爾靈敏度等

(2)怎樣判斷霍爾器件的自旋類型？

討論曉得電壓方向一定，自旋的受力方向就一定，自旋會(huì)在受力方向積累，之后觀測(cè)其正負(fù)。

2、若霍爾片的法線與磁場(chǎng)方向和磁場(chǎng)紛歧致，對(duì)丈量結(jié)果有何影響？

磁場(chǎng)只有部份份量有作用，也就是實(shí)際磁場(chǎng)大于通電電壓應(yīng)發(fā)生的磁場(chǎng)。

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