一、实验原理
如图，一矩形半导体薄片，当沿其 x 方向通有均匀电流 I，沿 Z 方向加有均 匀磁感应强度的磁场时，则在 y 方向上产生电势差。这种现象叫霍尔效应。所生 电势差用 VH 表示，成为霍尔电压，其相应的电场称为霍尔电场 Ey。实验表明，
在弱磁场下，Ey 同 J（电流密度）和 B 成正比
Ey = RH JB
B
VH VH1 VH2 VH3 VH4
斜率 RHB／d
（2）对于每个Bi，横坐标取工作电流IS，纵坐标取霍尔电压VH，理论上得到 一 条 通 过 坐 标 原 点 “ 0 ” 的 倾 斜 直 线 ， 计 算 其 斜 率 RHB ／ d ， 求 其 平 均 值
RH B
d
=
∑ RH B d
1
4
4
；根据己知的B和d（0.2mm），求得其霍尔系数RHi。
霍尔系数 RH =
样品电导率 σ H =
霍尔迁移率 μ H = RH σ H 但是通过电流的样品置于与之垂直的磁场中，在横向不仅产生霍尔电压，还产生 其它一些复效应，迭加霍尔电压上，可用取平均值的方法消除。
二、实验仪器设备：霍尔效应测试仪
1、励磁恒流源 IM ♦ 输出电流：0～1A，连续可调，调节精度可达 1nA。 ♦ 最大输出负载电压：24V。
2、霍尔元件工作恒流源 IS ♦ 输出电流：0～10mA，连续可调，调节精度可达 10μA。 3、直流数字毫伏表： ♦ 测量范围：±20mV，±20mV。
注意事项： 1、霍尔元件是易损元件，必须防止元件受压、挤、扭和碰撞。 2、实验前检查电磁铁和霍尔元件二维移动装置是否松动。 3、记录数据时，为了不使电磁铁过热，不能长时间闭合励磁电源的换向开关 4、仪器不宜在强光照射下、高温下或有腐蚀性气体的场合中使用，不宜在强 磁场中存放。 5、实验完毕，请务必切断电源，避免线圈过热造成仪器烧毁，否则后果自负。
∑ RH i
i =1 5
（3）计算五个工作点的霍尔系数平均值 RH = （4）根据 n =
5
。
IB 1 = 和己知载流子的电量 e，可求得载流子浓度 n。 VH de RH e
四、实验结果分析与思考题
已知：样品尺寸：L=4mm b=2mm d=0.2mm 思考题： 1．在霍尔系数测量中有哪些负效应？如何消除？ 负效应常有艾延豪森效应、能脱斯效应、里伦一勒杜克效应。消除负效应常 用改变磁场或电流方向的方法，对测量结果取平均值。 2．早期霍尔系数测量采用矩形薄片样品，要求电极是点接触，制作较困难， 采用什么形状样品，可克服以上困难？ 现常采用“桥式”样品，它允许大的电极接触面积。另外还有一种苜蓿叶形 样品，可大大降低对电极接触面积的限制，并可消除电流电极与霍耳电极之间的 短路效应，只要满足 I/R>0.5，电极便可制作得尽量大些，而对测量结果准确度霍尔系数具有十分重要的意义。根据霍尔系数的符号可以判断材 料的导电类型；根据霍尔系数及其与温度的关系，可以计算载流子的浓度， 以及载流子浓度同温度的关系，由此可确定材料的禁带宽度和杂质电离能；通过 霍尔系数和电阻率的联合测量．能够确定载载流子的迁移率；用微分霍尔效应法 可测纵向载流子浓度分布；测量低温霍尔效应可以确定杂质补偿度。霍尔效应是 半导体磁敏器件的物理基础。1980 年发现的整数量子霍尔效应和 1983 年发现的 分数量子霍尔效应对科技进步具有重大意义。 早期测量霍尔系数采用矩形薄片样品以及“桥式”样品。1958 年范德堡提出 对任意形状样品电阻率和霍尔系数的测量方法， 这是一种有实际意义的重要方法， 目前已被广泛采用。 本实验的目的使学生更深入地理解霍尔效应的原理，掌握霍尔系数、电导率 和迁移率的测试方法，确定样品的导电类型。
式中 RH 为比例系数，称为霍尔系数。 在不同的温度范围，RH 有不同的表达式。在本征电离完全可以忽略的杂质电 离区，且主要只有一种载流子的情况，当不考虑载流子速度的统计分布时，对空 穴浓度为 p 的 P 型样品
RH =
1 >0 pq
式中 q 为电子电量。对电子浓度为 n 的 N 型样品
RH = −
三、实验方法步骤
（1）对于电磁铁的磁化电流IM为定值（相应有一个确定的磁场B，参见仪器 上标签），取 10 种不同的工作电流 IS（0~10mA），测量相应的霍尔电压VH，共 测量 5 个工作点（Bi，i=1，2，3，4，5），具体如下： Bi + Bi IS + IS - IS - Bi + IS - IS
RH I X BZ bd
VH d I X BZ
1 <0 nq
霍尔电场 E =
霍尔系数 RH =
P 型样品霍尔系数为正，N 型样品霍尔系数为负。 以 P 型样品为例：X 方向 AB 端加电流，电压降
VAB = I AB RAB = I AB VH d I AB BZ I AB L VAB bd
L σ H bd