《大学物理实验》课程教学资源（专家讲座PPT）霍耳效应

变温霍尔效应

变温霍尔效应

▣1879年，霍尔(EHHa)在研究通有电流的 导体在磁场中受力的情况时，发现在垂直于 磁场和电流的方向上产生了电动势，这个电 磁效应称为“霍尔效应”。 ▣1985年德国克利青发现量子霍耳效应获得诺 贝尔奖。 目 1998年普林斯顿大学的崔琦、斯坦福大學的 Laughlin,哥倫比亞大學的Stormer因研究 量子霍尔液体获得诺贝尔奖

 1879年，霍尔(E.H.Hall)在研究通有电流的 导体在磁场中受力的情况时，发现在垂直于 磁场和电流的方向上产生了电动势，这个电 磁效应称为“霍尔效应” 。  1985年德国克利青发现量子霍耳效应获得诺 贝尔奖。  1998年普林斯顿大学的崔琦、斯坦福大學的 Laughlin，哥倫比亞大學的Stormer 因研究 量子霍尔液体获得诺贝尔奖

▣半导体是指具有中等程度导电性的材料， 其电导率一般在 106≈104(2·m) ▣金属是指良导体，电导率的量级 10(Qm ▣绝缘体是指具有极低电导率的材料 100≈10-20(2·m）

 半导体是指具有中等程度导电性的材料， 其电导率一般在  金属是指良导体，电导率的量级  绝缘体是指具有极低电导率的材料 ( ) 7 1 10 −   m ( ) 6 4 1 10 ~ 10 − −  m ( ) 1 0 2 0 1 10 ~ 10 − − −  m

▣在相同电流强度和磁感应强度的条件下，半 导体材料的霍耳效应比金属大多个数量级左 右。这是因为半导体的载流子浓度比金属的 自由电子浓度要小许多数量级。因此，在半 导体和金属中要得到相同电流强度，半导体 载流子的速度就要大许多。而速度大，所受 的洛伦兹力就大，与之相平衡的静电力就大， 所以霍耳效应就大

 在相同电流强度和磁感应强度的条件下，半 导体材料的霍耳效应比金属大多个数量级左 右。这是因为半导体的载流子浓度比金属的 自由电子浓度要小许多数量级。因此，在半 导体和金属中要得到相同电流强度，半导体 载流子的速度就要大许多。而速度大，所受 的洛伦兹力就大，与之相平衡的静电力就大， 所以霍耳效应就大

▣半导体的电导率介于导体和绝缘体之间。以 室温下的铜和硅为例，后者小13个量级。 且金属电阻随温度增加而增加，半导体则随 温度增加减小，即温度越高，导电性越好

 半导体的电导率介于导体和绝缘体之间。以 室温下的铜和硅为例，后者小13个量级。 且金属电阻随温度增加而增加，半导体则随 温度增加减小，即温度越高，导电性越好

▣利用霍尔效应，可以确定半导体的导电类型 和载流子浓度，利用霍尔系数和电导率的联 合测量，可以用来研究半导体的导电机构 (本征导电和杂质导电）和散射机构（品格散 射和杂质散射)，进一步确定半导体的迁移 率、禁带宽度、杂质电离能等基本参数

 利用霍尔效应，可以确定半导体的导电类型 和载流子浓度，利用霍尔系数和电导率的联 合测量，可以用来研究半导体的导电机构 (本征导电和杂质导电)和散射机构(晶格散 射和杂质散射)，进一步确定半导体的迁移 率、禁带宽度、杂质电离能等基本参数

口在绝对零度条件下，半导体的电子全部束缚 在原子上，能量低，处于价带。温度升高时， 部分电子由于热运动，脱离原子的束缚，进 入导带。所以温度升高，半导体的电导率升 高。 ▣而金属温度升高导致电子与原子以及电子与 电子的碰撞加刷，电导降低，电阻增加

 在绝对零度条件下，半导体的电子全部束缚 在原子上，能量低，处于价带。温度升高时， 部分电子由于热运动，脱离原子的束缚，进 入导带。所以温度升高，半导体的电导率升 高。  而金属温度升高导致电子与原子以及电子与 电子的碰撞加剧，电导降低，电阻增加

目 根据霍尔效应原理制成的霍尔器 件，可用于磁场和功率测量，也 可制成开关元件，在自动控制和 信息处理等方面有着广泛的应用

根据霍尔效应原理制成的霍尔器 件，可用于磁场和功率测量，也 可制成开关元件，在自动控制和 信息处理等方面有着广泛的应用

实验目的 ▣1.了解半导体中霍尔效应的产生原理，霍 尔系数的意义及其副效应的产生和消除； ▣2，掌握利用霍尔效应测量材料的电输运性 质的原理和实验方法： ▣3.验证碲镉汞单晶样品P型导电到N型导电 的转变。 ▣4.从液氨温度开始，测量温度变化对霍尔效 应的影响

实验目的  1. 了解半导体中霍尔效应的产生原理，霍 尔系数的意义及其副效应的产生和消除；  2. 掌握利用霍尔效应测量材料的电输运性 质的原理和实验方法；  3. 验证碲镉汞单晶样品P型导电到N型导电 的转变。  4.从液氮温度开始，测量温度变化对霍尔效 应的影响

原理 ▣没有人工掺杂的半导体称为本征半 导体，本征半导体中的原子按照晶 格有规则地排列，产生周期性势场 在这一周期势场的作用下，电子的 能级展宽成准连续的能带

没有人工掺杂的半导体称为本征半 导体，本征半导体中的原子按照晶 格有规则地排列，产生周期性势场。 在这一周期势场的作用下，电子的 能级展宽成准连续的能带。 原理