南开大学霍尔效应实验报告’.docx

实验报告 实验名称：霍尔效应 实验原理 霍尔效应 当电流IH通过霍尔元件（假设为P型）时，空穴有漂移速度v，垂直磁场对运动电荷产生洛伦兹力： FB=q(v q为电子电荷。洛伦兹力使电荷产生横向偏转，由于样品有边界，一些偏转的载流子将在边界积累起来，产生横向电场E，直至电场与磁场作用力相抵消为止。 qv×B 图 SEQ 图 \* ARABIC 1 霍尔元件原理设P型霍尔元件的载流子浓度为p，宽度为 图 SEQ 图 \* ARABIC 1 霍尔元件原理 E=IHBpq 两边同乘以ω得到： UH=I 其中KH=RHd 消除霍尔元件副效应的影响 实际测量中，会伴随一些热磁副效应，使测得电压会附加额外电压，带来误差。 这些效应有埃廷豪森效应，是由于霍尔片两端有温度差，产生温差电动势UE，与霍尔电流和磁场方向有关；能斯特效应，是当热流通过霍尔片，在其两侧产生电动势UN，只与磁场和热流有关；里吉-勒迪克效应，是热流通过霍尔片时两侧有温度产生，产生温差电动势 还有不等位电势差U0，是由于两侧电极不在同一等势面上引起的，其方向随电流I 为消除副效应影响，在操作时要改变IH和B IH为正向，B为正向： IH为负向，B为正向： IH为负向，B为负向： IH为正向，B为负向： 作运算：U1?U 由于UE UH=| 实验仪器 FD-HL-5型霍尔效应实验仪，FD-ICH-II型螺线管磁场测定仪，数字恒流源，电阻箱，导线。 集成霍尔传感器：S95A型集成霍尔传感器是一种高灵敏度集成霍尔传感器。由霍尔元件，放大器和薄膜电阻剩余电压补偿组成。实验时，在磁感应强度为0的条件下，调节V+、V?所接的电源电压，使输出电压为2 B=U?2.500K= 其中U为集成霍尔传感器的输出电压，K为传感器灵敏度，U为经外接电压补偿后，用数字电压表测出的传感器输出值。 实验内容 测量霍尔电流与霍尔电压的关系： 图 SEQ 图 \* ARABIC 2 实验线路图按图连接电路。将霍尔片置于电磁铁中心处。励磁电流IM=0.400A。取样电阻R=300Ω。调节霍尔元件的工作电源的电压，使通过霍尔元件的电流分别为0.5mA，1.0mA，1.5mA，2.0m 图 SEQ 图 \* ARABIC 2 实验线路图 测量砷化镓霍尔元件的灵敏度 霍尔电流保持IH=1.00mA，取样电阻 测定霍尔传感器的灵敏度 按图连接电路。接通电源，断开K2，将集成霍尔传感器放在螺线管中间位置，调节中间直流电源4.8V-5.2V的输出旋钮，使数字电压表显示2.500V。将K1切换至2端，调节2.4V-2.6V旋钮，使电压表指示值为0。改变输入螺线管的直流电流，测量U?IM关系，记录十组数据。IM范围在0-500 图 SEQ 图 \* ARABIC 图 SEQ 图 \* ARABIC 3 螺线管测量磁场的电路连接 测量通电螺线管中磁场分布 固定Im=250mA，测量U?X关系， 数据处理 测量霍尔电流与霍尔电压的关系 IM I U U U U U 0.5000 41.1 41.1 41.7 41.7 41.4 1.0000 82.5 82.5 83.5 83.5 83 1.5000 123.6 123.8 125.3 125.3 124.5 2.0000 165.2 165.1 167.4 167.1 166.2 2.5000 206.4 206.1 208.4 208.7 207.4 图 图 SEQ 图 \* ARABIC 4 U-I图 测量砷化镓霍尔元件的灵敏度 IH I U B U B U B U B U B(mT) 0.050 9.5 40.9 9.4 40.9 10.3 39.5 10.3 39.4 9.88 40.18 0.100 19.5 80.8 19.5 80.8 20.3 79.2 20.3 79.2 19.90 80.00 0.150 29.5 120.7 29.4 120.7 30.5 119.8 30.4 119.8 29.95 120.25 0.200 39.7 161.6 39.8 161.6 40.6 160.1 40.5 160.1 40.15 160.85 0.250 50.2 202.7 50.1 202.7 51.2 202.1 51.2 202.1 50.68 202.40 0.300 60.8 244.8 60.7 244.9 61.6 243.2 61.5 243.1 61.15 244.00 0.350 71.5 286.7 71.4 286.7 72.5 286.1 72.5 286.1 71.98 286.40 0.400 82.6 330.3 82.5 330.3 83.4 328.7 83.3 328.7 82.95 329.50 k=0.2