霍尔效应实验
黑龙江大学普通物理实验室
.
1
霍尔（ A.H.Hall ）
霍尔效应是美国物理学家 霍尔（A.H.Hall，1855—1938） 于1879年在美国霍普金斯大学 读研究生期间,研究关于载流导 体在磁场中的受力性质时发现 的一种现象。
A.H.Hall（1855～1938）
.
2
霍尔效应（Hall effect ）
A'
v B
IS
A
.
1返7 回
厄廷豪森效应
1887年厄廷豪森发现，由于载流子的速度不相等，它 们在磁场的作用下，速度大的受到的洛仑兹力大，绕大圆 轨道运动，速度小则绕小圆轨道运动，这样导致霍尔元件 的一端较另一端具有较多的能量而形成一个横向的温度梯 度决于。因Bv 和而产I S 的生方温向差。效可应判，断形出成V电E 和势V差H 始，终记同为向V E。，其方向取
在需要调节霍尔片位置时，必须谨慎，切勿随意改变Y轴方向的高度，以 免霍尔片与磁极面摩擦而受损。
决不允许将“IM输出”接到“IS输入”或“VH、Vσ输出”处，否则， 一旦通电，霍尔样品即遭损坏。
测量Vσ时， IS不宜过大，以免数字电压表超量程，通常IS取为0.2mA 左右。
.
12
.
13
最小二乘法（直线拟合y=A’+B’x）
如果在一块矩形半导
体薄片上沿x轴方向通以电
流 则，在Bv 在垂z直轴于方电向上流加和磁磁场场
， 的
方向（即y 轴方向）上产生
电势差，这一现象称为霍
尔效应,所产生的电压称为
霍尔电压。
VH
v B
y
z
x
IS
.
3
霍尔效应（Hall effect ）
半导体：N型—载流子是电子；P型—载流子是空穴
有一N型半导体薄片：厚为d，宽为b，A’C’电极间距为l
.
1返8 回
能斯特效应
由图所示由于输入电流端引线D、E点处的电阻不相等，
通电后发热程度不同，使D和E两端之间出现热扩散电流，
在磁场的作用下，在A、A’两端出现横向电场，由此产生
附加电势差，记为 变。
V。其方向与 N
无I S 关，只随磁场方向而
v B
用斜率B’计算霍尔系数RH。 判断材料的导电类型（N型P型）。
VH B' IS
VH
RH
IS B d
B'? RH ?
.
10
数据处理
计算载流子浓度（单位体积内含有载流子的个数，单位 m 3）
n 3 1 8 R He
e1.60221019C
计算电导率（描述物体的导电能力，是电阻率的倒数。单位：西门子/米
截距 A'yB'x
斜率 B ' x y xy
x 2 x2
相关系数 r
xyx y
(x2 x2)(y2 y2)
如果相关系数|r|趋于1，说明VH和IS线性关系好，截距A’趋
于0，说明VH和IS是正比关系，有
因为
VH B' IS
VH
RH
IS B d
RH ?
.
1返4 回
最小二乘法（直线拟合y=A’+B’x ）
设置状态 清除内存 输入数据
截距A’ 斜率B’ 相关系数r
MODE MODE 2 1 SHIFT AC = x1 ， y1 M+ x2 ， y2 M+ …… xn ， yn M+ SHIFT 7 = SHIFT 8 = SHIFT ( =
2位，单位 4位，单位
保留至不为 9的数
.
1返5 回
霍尔效应（Hall effect ）
在零磁场下（怎样获得零磁场？），
橙
取 IS 0.20mA ，测量 V 。
A
NC
VH
注 意 :IS 取 值 不 要 大 于 0.20mA ， 以 免
过大，毫伏表超量程。
IS ( )
V ( )
.
V
+ mV -
VH V 输出
9
数据处理
记录B0、IM，计算磁感应强度B (计算过程)。
记录霍尔片几何参量b、d、l(122页)。 用最小二乘法处理数据，记录截距A’，斜率B’，相关系数r。
P型半导体
y
z
x
v
A'
B
v B
IS v
mV
EH
A
C'
v
F e vv
v
Fm
IS
C
VH 0
.
1返6 回
不等势电压
不等势电压是由于霍尔元件的材料本身不均匀，以 及电压输入端AA’引线在制作时不可能绝对对称地焊接在 霍尔片的两侧。因此，当电流I S 流过霍尔元件时，在电 极AA’间也具有电势差，记V 0 为 ，其方向只I S 随 方向不同 而改变，与磁场方向无关。因此V 0 ， 可通过改I S 变 方向予 以消除。
(S/m)）
ISl |V | bd
计算迁移率（是指载流子（电子和空穴）在单位电场作用下的平均漂移
速度，即载流子在电场作用下运动速度的大小的量度，运动得快，迁移率
大；运动得慢，迁移率小。单位 m 2 /(V s)）
ne
.
11
注意事项
霍尔片性脆易碎，电极甚细易断，严禁撞击或用手触摸m，否3 则易遭损坏。
二乘法处理数据，计算霍尔系数RH ，计算载流子浓度n。
电磁铁
励磁电流 I M ， 电磁铁常数 B0***kGS/A 电磁铁磁感应强度 BB0IM(kGS) B的国际单位：特斯拉T，单位换算 1GS104T
.
8
实验内容
2.测A’C’间电压 V， 计算电导率 ， 迁移率 。
A'
C'
黄 V 白
将实验仪“VHV 输出”开关倒V向 D，红 霍尔片 黑 E
橙
A
NC
VH
y
z
x
-IS
V
+-
+ mV -
IS输入
VH. V 输出
6
仪器介绍 霍尔效应测试仪
VH Vσ（mV）
IS （mA） IM(A）
输 出
-3.21
.123
输 出
SH
IM IS
VH Vσ输入
IS调节
IM调节
.
7
实验内容
1.测量霍尔电压,计算霍尔系数
VH
RH
IS B d
RH —霍尔系数
保持IM值不变,（取IM =0.600A），改变IS，测量VH，用最小
不等势电压V0 厄廷豪森效应VE 能斯特效应VN 里纪-勒杜克效应VRL .
副效应的消除方法 用对称测量法测量
+B,+IS -B,+IS -B,-IS +B,-IS
VAA’=V1 VAA’=V2 VAA’=V3 VAA’=V4
VH
V1V2
V3 4
V4
5
仪器介绍
霍尔片
+IS
A'
C'
黄 V 白
红
D
霍尔片 黑 Ey源自A'C'
z
xv
B
V
l
VVVAAAAH 000 mV
IS
v
vvB
v
Fe
v
b
EH
v
Fm
IS d
A
C
P型半导体
.
洛伦兹力
F vmevvB v
电场力
vv Fe -eEH
动态平衡时 vv FmFe0
霍尔电场
v EH
霍尔电压 V H
4
测量霍尔电压
A'
v
B
v B
IS
VAA’ mV
C'
y
z
x
IS
A
C
实验中的副效应：