实验 霍尔效应
霍尔效应是磁电效应的一种。
在匀强磁场中放一金属薄板，使板面与磁场方向垂直，在金属薄板中沿着与磁场垂直的方向通电流时，金属薄板的两侧面间会出现电势差。
这一现象是霍尔（A.H.Hall ，1855-1938）于1879年发现的。
一、实验目的
1、 了解霍尔效应实验原理
2、 学习用对称法消除负效应的影响，测量H s V I -和 H M V I -曲线。
3、 确定试样的导电类型，载流子浓度以及迁移率。
二、 实验室提供的仪器和用具
霍尔效应测试仪(TH--H 型);霍尔效应实验仪 (TH--H 型); 配套专用线六根。
三、仪器简介
霍尔效应测试仪(TH--H 型)面板如图1，霍尔效应实验仪 (TH--H 型) 面板如图2
测试仪说明和使用注意事项：
（1）图1中测试仪的“I S 输出”是霍尔器件工作电流源，“I M 输出”是电磁铁励磁电流源。
面板上的“I S 输出”、“I M 输出”和“V H 、V O 输入”三对接线柱应分别与实验仪上的三对相应的接线柱正确连接，严禁将测试仪I M 输出错误接到实验仪的I S 输入或V H 、V O 输出处，否则通电后霍尔器件将遭损坏。
（2）测试仪开机前应将I S 、I M 调节旋钮逆时针方向旋到底，使其输出电流趋于最小状态后，方可开机。
测试仪接通电源后，预热数分钟即可进行实验。
顺时针调节I S 、I M 调节旋钮即可增加输出电流。
（3）关机前应再次将I S 、I M 调节旋钮逆时针方向旋到底，使其输出电流趋于0后，方可切断电源。
霍尔效应实验仪说明和使用注意事项：
（1）图2中的霍尔片样品为N 型半导体硅单晶片，厚度b=0.5mm ，宽度a=4.0mm ；电磁铁的磁感应强度B 由磁铁上参数和输入电流算出，例如B=I M ×（ ）KGS/A=（ ）T 注：1T=104GS 四、实验原理
霍尔效应从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受洛伦兹力作用而引起的偏转。
当带电粒子（电子或者空穴）被约束在固体材料中，这种偏转就导致在垂直电流和磁场的方向上产生正负电荷的聚集，从而形成附加的横向电厂，即霍尔电场。
如图所示的N 型半导体试样，若在X 方向通以电流Is ，在Z 方向加磁场B ，试样中载流子（电子）将受洛伦兹力F=evB ，v 为载流子在电流方向上的平均漂移率，则在Y 方向即试样点击两侧就开始聚集异号电荷而产生相应的附加电场——霍尔电场。
对于N 型试样，霍尔电场逆Y 方向，E Y <0。
P 型试样沿Y 方向，E Y >0。
当载流子所收横向电场力eE 和洛伦兹力evB 相等，样品两侧电荷积累达到平衡。
设试样宽厚度 d ＝0.5mm ，宽度b ＝4.0mm ，A 、C 电极间距l ＝3.0mm 。
载流子浓度为n ，则Is=nevbd.可得V H =Eb=IsB/ne 。
其中R H =1/ne 称霍尔系数。
即R H =V H d/（IsB ）*108, R H (厘米3/库伦)只要测出V H (伏)，知道Is （安），B （高斯）和d(厘米)，即可求出。
可进一步确定以下参数
1求载流子n 的浓度n=1/R H e.严格地说，在半导体中载流子的漂移运动速度并不完全相同，考虑到载流子速度的统计分布，并认为多数载流子的浓度与迁移率之积远大于少数载流子的浓度与迁移率之积，可得半导体霍尔系数的公式中还应引入一个霍尔因子r H ，即R H =r H /ne 。
普通物理实验中常用N 型Si 、N 型Ge 、InSb 和InAs 等半导体材料的霍尔元件在室温下测量，霍尔因子r H =3π/8~1.18，所以R H=3π/8ne 。
2 电导率σ＝Is l /V σS ，其中A 、C 间距l ，样品横截面积S=bd,若测得 A 、C 间的电位差V σ即可求得σ迁移率u=R H σ
五、实验方法和数据处理
1、 霍尔电压V H 的测量
根据副效应产生的机理可知，采用电流和磁场换向对称测量法，消除测量结果的负效应影响。
具体的做法是Is 和B 的大小不变，改变方向。
先对测试仪进行调零。
连接测试仪和试验仪之间的连线。
Is 及I M 换向开关投向上方，表明均为正值，反之为负值。
霍尔电压V H =(V1-V2+V3-V4)/4
2、 测绘V H -Is 曲线，将试验仪换向开关投向上方V H 侧，测试仪置V H 。
保持I M =0.6A 不变，Is 取值：
3、 测绘V H -I M 曲线，将试验仪换向开关投向上方V H 侧，测试仪置V H 。
保持Is=3mA 不变，I M 取值：
曲线
4、确定样品导电类型，若Is 、B 为正，V H <0，说明为N 型半导体。
否则为P 型。
5、在零磁场下，取Is=0.2mA ，测量V σ。
测量电导率σ＝Is l /V σS ，载流子n 的浓度n=1/R H e ，霍尔系数R H =V H d/（IsB ）*108，迁移率||H R μσ= 复习思考题
何谓霍尔效应？产生霍尔效应的物理过程是怎样的？。