霍尔效应实验报告

霍耳效应实验报告 学号:200702050940 实验人:张学林 同组人: 杨天海 实验目的: 1、 观察霍耳效应; 2、 了解应用霍耳效应进行简单的相关测量的方法 实验内容: 1、确定样品导电类型; 2、测算霍耳系数、载流子浓度、霍耳灵敏度; 3、测算长螺线管轴线上的磁场分布。 实验原理: z 一、关于霍耳效应 如图一所示。当电流通过一块导体或半导体制By x 成的薄片时，载流子会发生漂移。 而将这种通有电流的薄片置于磁场中，并使薄B -- -- 片平面垂直于磁场方向。根据图一中的电流方向，Fae E vH VH 并结合右手定则，我们可以看到:(1)无论导体中FIm b+ + 的载流子带正电荷还是负电荷，其受力均为F方mA 向;(2)载流子均会沿X轴方向运动，并最终靠 在A端。于是:(1)当载流子为正电荷时薄板A(a )端带正电荷，导致板A端电势高于B端;(2)当 载流子为负电荷时薄板A端带负电荷，导致板BB + + 端电势高于A端。 Fae E H vVH 这就是霍耳效应。 FIm b-- -- 二、关于霍耳效应性质的研究 A 如图一，关于霍耳效应的相关参量已如图所 (b示。 ) 其中载流子所受的磁场力 (图一) FqvB, (1) m 载流子所受的电场力 FqE, (2) e 当其所受磁场力与电场力受力平衡时: 1 第 页 共 8 页 有关系， (3) FF,em (4) 且有， UEavBa,,HH Ivn,(为载流子浓度) 我们又知道， (5) nqab 于是，由(1),(3)可知 IBE, (6) Hnqab IB1UIB,,() 再结合(4)式可得 (7) Hnqbnqb 1R, 令 (8) Hnq 为霍耳系数，并代入(7)式可得 B (9) URI,HHb UbH 那么，霍耳系数又可 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示为 (10) R,HIB Ub1HR,, 即， (11) HIBnq 三、关于霍耳效应的应用 1、利用霍耳效应确定导体的类型 由(11)式可得，导体横向电势差与导体中载流子类型有关:当为正时载流子为电子，导体为P型半导体;UH 反之，载流子为空穴，导体为N型半导体。 2、利用霍耳效应计算霍耳系数 根据(9)式，可以固定B、b，改变I得到U，多测几组U—I值。然后根据几组U—I值在直角坐标系中描H点，可根据拟合出来的直线的斜率求出霍耳系数。 3、 霍耳灵敏度的计算 1KRb,,若将(7)式中的括号以内的项定义为霍耳灵敏度，即令。于是，(二、2)中的霍耳系数计nHnqb 算出来，霍耳灵敏度也就计算出来了。 4、利用霍耳效应计算载流子浓度 1n,由(7)、(11)式可得。 RqH 2 第 页 共 8 页 于是，载流子浓度的计算可以利用(二、2)中计算出来的霍耳系数来得到 5、利用霍耳效应测定长螺线管轴线上的磁场分布 1UHK,由于，并结合(7)式可得。当K确定时，我们可以通过测量对应的U—I值来测算相B,HHnnqbKIH 应的磁场强度B的值。 实验步骤: DI IS S2 DV 霍耳片 S1 HI 图二 一、确定导体类型 1、依图二连接电路; 2、调节恒流电源HI，使电流为10mA; DI 3、观察电压表所指示的电压的极性，记录并判断霍耳片的S0 IM 导电类型。 二、测霍耳片对应的U—I值 1、调节HI，记录恒定电流值的大小，读出 电 HI0 压表的示数并记录; 图三 2、调节HI，改变恒定电流值大小7次，重 复 上述测量并记录。形成8组数据。 三、测长螺线管轴线上的磁场分布 1、测量螺线管全长l并记录数据; 2、移动附有霍耳片的标尺，使图二中的霍耳片伸入图三中的螺线管中的X(如图四 x 所示)处，读数并记录X的大小; 3、闭合开关S、S、S于某一端，使图二与图三所示电路中的电流均沿各图所示方 向; 012 l 4、调节HI与HI得恒定电流值I=0.2A、I=2.00mA; 0MS 5、读出图二电路中电压表与电流表的读数并记录入表; 图四 6、改变I、I的方向三次，形成四组数据并记录; MS 3 第 页 共 8 页 7、移动附有霍耳片的标尺，改变霍耳片的位置11次，重复上述测量并记录数据。形成12组数据。 注意事项: 1、注意(一、2，二、2，三、4)步中调节电流时，不要超过霍耳片的额定电流值; 2、注意表上的接线柱及开关S、S、S不要弄错; 012 3、在实验步骤(三、6)中在磁场变化大的地方要多选几个点。 4、为了防止电磁铁过热，数据记录时，要断开开关S。 0 实验数据的记录: 霍耳片对应U—I值 表一 U(mV),，, U(mV)U(mV)U(mV)3124UUUU1234量 ，，mv, UH ImA()I(mA)SM4 次 ，I,，I，I,,I,I,,I,I,，IMSMSMSMS数 -10.075 1 2(00 -10.9 10.8 -9.3 9.3 2 4(00 -21.7 21.6 -18.6 18.6 -20.125 0(600 3 6(00 -32.6 32.5 -28.0 27.9 -30.25 -40.3 4 8(00 -43.4 43.3 -37.3 37.2 -8.5 0(100 1 -12.4 12.3 -4.7 4.6 -16.75 0(200 2 -20.6 20.5 -13.0 12.9 -25.025 0(300 3 -28.8 28.8 -21.3 21.2 10(00 -33.4 0(400 4 -37.1 37.1 -29.7 29.7 -41.95 0(500 5 -45.8 45.7 -38.2 38.1 46.6 -50.325 0(600 6 -54.1 54.0 -46.6 螺线管电磁感应强度 表二 I=0.2A I=2.00mA MS 量 ,，,UUUU1234U(mV) ,，，U(mV)U(mV)U(mV)mv3U124H4 X (mm) ，I,，I，I,,I,I,,I,I,，IMSMSMSMS次数 1 0 -4.2 4.1 -2.6 2.5 -3.325 4 第 页 共 8 页 2 19 -4.1 4.1 -2.6 2.5 -3.325 3 18 -4.1 4.1 -2.6 2.5 -3.325 4 17 -4.1 4.1 -2.6 2.5 -3.325 5 16 -4.1 4.1 -2.6 2.5 -3.325 6 15 -4.1 4.1 -2.6 2.5 -3.325 7 14 -4.1 4.1 -2.6 2.5 -3.325 8 13 -4.1 4.1 -2.6 2.5 -3.325 9 12 -4.1 4.1 -2.6 2.5 -3.325 10 11 -4.1 4.1 -2.6 2.5 -3.325 11 10 -4.1 4.1 -2.6 2.5 -3.325 12 9 -4.1 4.1 -2.6 2.5 -3.325 13 8 -4.1 4.1 -2.6 2.5 -3.325 14 7 -4.1 4.1 -2.6 2.5 -3.325 15 6 -4.1 4.1 -2.6 2.5 -3.325 16 5 -4.1 4.0 -2.6 2.4 -3.275 17 4 -4.0 4.0 -2.5 2.4 -3.225 18 3 -3.8 3.7 -2.3 2.2 -3 29 2 -3.4 3.3 -1.8 1.8 -2.575 20 1 -2.9 2.8 -1.4 1.3 -2.1 数据处理 1Ub11,，,HUUUU1234n, K,R,, 量 ，，,mvHnUH ImA()I(mA)RqIBnqnqbSM4H 次数 ,19q,1.6，10 20-10.075 1 2(00 -0.00898 6.96×10 0.03 202 4(00 -20.125 -0.00897 6.96×10 0.03 0(600 203 6(00 -30.25 -0.00899 6.95×10 0.03 20-40.3 4 8(00 -0.00898 6.96×10 0.03 20-8.5 0(100 1 -0.15159 0.41×10 0.54 20-16.75 0(200 2 -0.14936 0.42×10 0.53 20-25.025 10(00 0(300 3 -0.14877 0.42×10 0.53 20-33.4 0(400 4 -0.14892 0.42×10 0.53 20-41.95 0(500 5 -0.14963 0.42×10 0.53 5 第 页 共 8 页 20-50.325 0(600 6 -0.14959 0.42×10 0.53 对表二数据处理 ,，,UUUU1234BU1Ub11,，，mvHHUH(MT) n,B,K,R,, 4X HnRqKIIBnqnqbHHB0(mm) 211 -3.325 -0.00296 2.11×10 0.010579 157.153 1.00097 212 -3.325 -0.00296 2.11×10 0.010579 157.153 1.00097 213 -3.325 -0.00296 2.11×10 0.010579 157.153 1.00097 214 -3.325 -0.00296 2.11×10 0.010579 157.153 1.00097 215 -3.325 -0.00296 2.11×10 0.010579 157.153 1.00097 216 -3.325 -0.00296 2.11×10 0.010579 157.153 1.00097 217 -3.325 -0.00296 2.11×10 0.010579 157.153 1.00097 218 -3.325 -0.00296 2.11×10 0.010579 157.153 1.00097 219 -3.325 -0.00296 2.11×10 0.010579 157.153 1.00097 2110 -3.325 -0.00296 2.11×10 0.010579 157.153 1.00097 2111 -3.325 -0.00296 2.11×10 0.010579 157.153 1.00097 2112 -3.325 -0.00296 2.11×10 0.010579 157.153 1.00097 2113 -3.325 -0.00296 2.11×10 0.010579 157.153 1.00097 2114 -3.325 -0.00296 2.11×10 0.010579 157.153 1.00097 2115 -3.325 -0.00296 2.11×10 0.010579 157.153 1.00097 2116 -3.275 -0.00292 2.14×10 0.010431 156.99 0.99994 2117 -3.225 -0.00288 2.17×10 0.010286 156.761 0.98848 2118 -3 -0.00268 2.33×10 0.00958 156.576 0.94773 2119 -2.575 -0.0023 2.72×10 0.008206 156.89 0.76893 2120 -2.1 -0.00187 3.33×10 0.006703 156.643 0.64325 ,由上面数据作图对表一数据处理=0.6 做出曲线 ImA()MUISH 6 第 页 共 8 页 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 00.511.522.533.544.555.566.577.58 有表一IS不变时(=10) 可作出 VH,IMI(mA)S55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 00.10.20.30.40.50.6 B根据表二 作出—x曲线 B0 7 第 页 共 8 页 1.5 1 0.5 0 02468101214161820 实验结论: (1) 载流子为电子霍尔系数为负，则，反之载流子为空穴(正电荷)，霍尔系数为正，根据霍U,0U,0HH 尔系数R的正负，可以判别导体导电类型，N型样品R，0，P型样品R，0 HHH (2) 霍尔电势差U与载流子浓度n成正比，材料的载流子浓度n越大，霍尔电势差越小。 (3) 在测量霍尔电势差时，不可避免产生一些负效应，如部件发热等，形成测量中的系统误差 (4) 在一定范围内铜一组实验n,R,K HH 8 第 页 共 8 页