实验报告
姓名:学号:系别:座号:
实验题目 :通过霍尔效应测量磁场
实验目的 :通过实验测量半导体材料的霍尔系数和电导率可以判断材料的
导电类型、载流子浓度、载流子迁移率等主要参数实验内容 :
已知参数： b=4.0mm, d=0.5mm,l B 'C =3.0mm.
设 B KI M，其中K=6200GS/A；
1. 保持I M =0.450A 不变，测绘V H I S曲线
测量当 I M正(反)向时,I S正向和反向时 V H的值,如下表
调节控制电流I S/mA
I S B 正向V H/mV
正 B 反向V H/mV
向
I S B 反向V H/mV
反 B 反向V H/mV
向
绝对值平均值 V H/mV
做出 V H I S曲线如下
v
V
m
/
b
V
16 Linear fit of date v
14
12
10
8 6
4 2
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
Linear Regression for Data1_V:
Y=A+B*X
Parameter
Value Error
-----------------------------
--------------
A
B
Is/mA
由 origin 得
V H
3.564( )
I S
由 R V H d 108 (cm 3 / C )
和 B KI M 得
H
I S B
V H
d
10
8
3.564
0.05
10
8 6.39 10 3 3
/ C )
R H
I S KI M
6200 0.450
(cm
2. 保持 I S 不变，测绘 V H I M 曲线
=
测量当 I S 正( 反) 向时, I M 正向和反向时 V H 的值 , 如下表
调节励磁电流 I M /A
I S
B 正向 V H /mV 正
B 反向 V H /mV
I S
B 反向 V H /mV 反
B 反向
V H /mV
绝对值平均值 V H /mV
做出 V H I M 曲线如下
18
16 14 12
Linear Regression for
Data3_V:
V m
/
H
V
10
Y=A+B*X
8 Parameter
Value
Error
6
4 ---------------------------
2
--------------
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
A
Im/mA
由 origin
得 V H
3.572 10 2 ( )
I M
由 R
V H d 108 (cm 3/C)
和 B KI M 得 H
I S B
V H
d
8
2
0.05
8
3 3
R H
10
3.572 10
6200 4.50
10 3 10
6.40 10 (cm / C )
I M KI S
3. 在零磁场下，取 I S =，在正向和反向时，测量 V
I S
正向 反向
V /mV
V 的绝对值平均值为
V =
4. 确定样品的导电类型，并求 R H 、 n 、σ和μ
(1) 确定样品的导电类型
控制电流和磁场方向如图所示时，电压表读数为正 . 可知薄片S 的上表面积累正电荷 , 下表面积累负电荷 . 再根据洛沦兹力的受力规则判断 , 载流子受力向下 , 再由下表面积累负电荷知 , 载流子为负电荷 . 所以导电类型为 n 型. (2)求 R H
由 1 和2知，R H 6.39 103 6.40 103 6.395 10 3 (cm3 / C )
2
(3) 求 n
由 n 1 得n
6.395 1
1.6 10 19
9.77 1014 / cm3
R H e 103 (4)求σ
由
I S l 0.1 10 3 3 10 3
17.23(S / m)
得
8.705 10 3 4 10 3 0.5 10 3
V bd
(5)求μ
由R H得0.1723 6.395 10 3 1.10103 (cm 2V 1 s 1 )
实验分析 :
本实验采用数字仪表控制, 所以相当精确 .
思考题 :
(1)若磁场不恰好与霍尔元件的法线一致 , 对测量结果会有何影响如何用实验
的方法判断 B 与法线方向是否一致
若磁场不恰好与霍尔元件的法线一致, 则霍尔片通过电流时, 载流子的偏转方向就会偏离法线方向 , 从而使测得的电位差不是真正的霍尔电位差 , 从而造成测量的系统误差 .
朝两个方向偏转霍尔元件的方向，如果电位差都减小，说明B与法线方向一
致。
(2)若霍尔元件片的几何尺寸为 4mm 6mm，即控制电流两端距离为 6mm，而电压两端距离为 4mm，问此霍尔元件能否测量面积为 5mm 5mm的气隙的磁场可以 . 因为此时两个霍尔片电极都在磁场中 , 所以载流子仍可以偏转、积累 , 产生电位差 .
(3)能否用霍尔元件片测量交变磁场
可以 . 因为霍尔效应建立的时间极短, 使用交流磁场时 , 所得的霍尔电压也是交变的 , 此时 B 和 V 应理解为有效值 .。