《大学物理实验》课程教学课件（PPT讲稿）霍尔效应及应用

霍尔效应及其应用

霍尔效应及其应用

■尔效应是一种磁电效应，是美国物理学家霍尔（E.H.Hall，1855一1938）于1879年在研究金属的导电机构时发现的。磁场垂直电流时，导体垂直磁场的两侧产生电势差，这一现象称为霍尔效应。■现今，高灵敏度的半导体霍尔器件广泛地应用。例如，接近开关，霍尔乘法器，位置测量，转速测量，和电流测量设备。霍尔效应是研究半导体材料性能的基本方法，通过测定的霍尔系数，能够判断半导体材料的导电类型、载流子浓度及载流子迁移率等重要参数

◼ 尔效应是一种磁电效应，是美国物理学家霍 尔（E.H.Hall，1855—1938）于1879年在研 究金属的导电机构时发现的。 ◼ 磁场垂直电流时，导体垂直磁场的两侧产生 电势差，这一现象称为霍尔效应。 ◼ 现今，高灵敏度的半导体霍尔器件广泛地应用。例如，接 近开关，霍尔乘法器，位置测量，转速测量，和电流测量 设备。 ◼ 霍尔效应是研究半导体材料性能的基本方法，通过测定的 霍尔系数，能够判断半导体材料的导电类型、载流子浓度 及载流子迁移率等重要参数

霍尔传感器及应用霍尔接近开关霍尔电流传感器SA霍尔传感器霍尔传感器测转速霍尔位置传感器

霍尔传感器及应用 霍尔电流传感器 霍尔接近开关 霍尔位置传感器 霍尔传感器测转速

【实验目的】研究霍尔效应的基本特性（1）了解霍尔效应实验原理；(2)测绘霍尔元件的 Va-I.和Vu-I曲线：（3）测量霍尔元件的霍尔系数，确定导电类型

【实验目的】 研究霍尔效应的基本特性 （1）了解霍尔效应实验原理； （2）测绘霍尔元件的 和 曲线； （3）测量霍尔元件的霍尔系数，确定导电类 型。 V I H S − V I H M −

【实验原理】1：霍尔效应霍尔效应是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力作用而引起的偏转。FEFEBteEHEHIsFBFB0TA!A'（a）载流子为电子（N型）；（b）奉载流子为空穴（P型）F =eEFβ =evB平衡时H

【实验原理】 霍尔效应是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力作用而 引起的偏转。 E FE b d FB v I S -e FE FB v +e E I S x y B H H A A' A A' （a）载流子为电子（N型）；（b）载流子为空穴（P型） 1 ．霍尔效应 F vB B = e = F eE E H = 平衡时

(1)平衡时eEH = evB设试样的宽为b，厚度为d，载流子浓度为n，则：(2)I, = nevbd1I.BI,BsR(3)(R.HddneneVrd(4)R.I,B霍尔系数RH，是反映材料霍尔效应强弱的重要参数

霍尔系数RH，是反映材料霍尔效应强弱的重要参数。 平衡时 e H eE vB = （1） 设试样的宽为b，厚度为d，载流子浓度为n ，则 ： s I nevbd = （2） 1 ( ) RH ne = 1 s s H H I B I B V R ne d d = = （3） H H S V d R I B = （4）

2.如何判断样品的导电类型仪器是按下图所示的I和B的方向设计，若测得VH=VA<O即A'点电位低于A点的电位，则R为负样品属N型：反之则为P型土+++FEFEBeEIsFBF十A'（a）载流子为电子（N型）；（b）载流子为空穴（P型）所以，可以由R的符号（或霍尔电压的正负）判断样品的导电类型

2．如何判断样品的导电类型 仪器是按下图所示的IS和B的方向设计，若测得 VH = VA’ A <0即A’点电位低于A点的电位，则RH为负， 样品属N型；反之则为P型。 （a）载流子为电子（N型）；（b）载流子为空穴（P型） E FE b d FB v I S -e FE FB v +e E I S x y B H H A A' A A' 所以，可以由RH的符号（或霍尔电压的正负）判断样品 的导电类型

3.其它因素带来的附加电压①不等位电势差VA、A两面引出电极不在同一等位面产生的电势差（较大），极性随Is变，不随B变。②厄廷好森效应Vt高、低速载流子分聚A、A两面所致温差电动势（较小），与霍尔电势一样既随Is变，也随B变。③能斯脱效应Vp工作电流引线焊点电阻不等致两端有温差，载流子热扩散形成附加电流从而产生附加霍尔电压（较小）；极性不随I变，但随B变。④单纪-勒杜克效应V上述热扩散电流的厄廷好森效应（很小），极性不随I变，但随B变

①不等位电势差Vo A、A’两面引出电极不在同一等位面产生的电势差（较大），极性 随IS变，不随B变。 ②厄廷好森效应Vt 高、低速载流子分聚A、A’两面所致温差电动势（较小），与霍尔 电势一样既随IS变，也随B变。 ③能斯脱效应Vp 工作电流引线焊点电阻不等致两端有温差，载流子热扩散形成附加 电流从而产生附加霍尔电压（较小）；极性不随IS变，但随B变。 ④里纪-勒杜克效应Vs 上述热扩散电流的厄廷好森效应（很小），极性不随IS变，但随B 变。 3. 其它因素带来的附加电压

【实验方法】1.霍尔电压的测量方法为消除附加电压，采用电流和磁场换向的对称测量法即规定了电流和磁场正、反方向，分别测量下列四组VAAVi+Vh+B,+Is+Vo+Vt+Vp+VsV2+Vo-Vt-B,+Is-VH-Vp-VsV3+VH-Vo+Vt-Vs-B,-Is-VpV4-Vo-Vn-Vt+Vp+Vs+B,-IsV-V2 +V -V4VH=(忽略Vt)4

为消除附加电压，采用电流和磁场换向的对称测量法。 即规定了电流和磁场正、反方向，分别测量下列四组 1 2 3 4 4 H V V V V V − + − = 【实验方法】 VA A 1. 霍尔电压的测量方法 ＋B,＋IS V1 ＋VH ＋Vo ＋Vt ＋Vp ＋Vs －B,＋IS V2 －VH ＋Vo －Vt －Vp －Vs －B,－IS V3 ＋VH －Vo ＋Vt －Vp －Vs ＋B,－IS V4 －VH －Vo －Vt ＋Vp ＋Vs （忽略Vt）

【实验仪器】ZICYROT#铁驾造场新式化A200-474500ESEBWE图2霍尔效应实验仪

【实验仪器】 图2 霍尔效应实验仪