霍尔元件基本参数测量.doc

实验名称：霍尔组件基本参数测量仪器与用具：TH-H霍尔效应实验组合仪实验目的：1、了解霍尔效应实验原理2、学习“对称法”消除副效应影响的方法系数、确定样品导电类型、计算霍尔组件灵敏度等实验报告内容（原理预习、操作步骤、数据处理、误差分析、思考题解答）：【实验原理】实验原理】

3、测量霍尔

通有电流IS的半导体薄片置于与它垂直的磁场B中，在薄片的两测就会产生电势差UH—霍尔电势差，这种现象叫霍尔效应。霍尔效应产生的原因，是因为形成电流的载流子在磁场中运动时，受到洛沦兹力F=qv×B的作用,正、负电荷在样品两测边界聚集，形成横向电场EH—霍尔电场，产生霍尔电势差UH。载流子除受到洛沦兹力F=qv×B的作用外，还受横向电场力Fe=eEH的作用，当受到洛沦兹力与横向电场力大小相等时，即eEH=qv×B样品两测边界聚集的电荷不再变化，达到平衡。样品中电流强度：IS=nevbd(4.7.2)(4.7.1)

样品中横向电场Eh可认为是匀强电场，则有：UH=Ehb=基本参数：
1、霍尔系数RH1IsB=RHned

（4.7.3）

霍尔系数定义：

RH=

1ne

由材料的性质(载流子密度)决定,反映材料的霍尔效应强弱。由（4.7.3）得
RH=UHdIsB

上式提供了测量霍尔系数RH的方法。
2、根据RH的符号判断样品导电类型N、P

半导体材料有N型和P型两种，将测的UH、IS、B带入
RH=UHdIsB

得数为正时，样品为P型半导体，得数为正时，样品为P型半导体。
3、件的灵敏度KK=BH1=dned

霍尔元件的灵敏度K与载流子浓度n和样品厚度d有关，由于半导体内载流子浓度远小于金属，所以选用半导体材料制作霍尔元件，厚度一般只有0.2mm。

4、载流子浓度n

n=

1RHe

上式提供了用霍尔效应实验测量并计算载流子浓度的重要方法。
5、电导率σ，迁移率μ

σ=1/ρ=

IslUσbd

6、消除霍尔元件副效应影响

实验中测量的霍尔元件两测的电势差U，除霍尔电势差UH外，还会有一些热磁副效应附加的一些电势差，这些附加电势差的方向与B、IS的方向有关，应用表4.7.1中对称测量法可基本消除这些影响。：【操作步骤】操作步骤】
1、按仪器接口名称指示接好线路（注意不要接错，否则会损毁霍尔元件）IS、IM调节旋扭逆，

时针方向旋到底，开机预热几分钟。
2、调节IM=0.6A并保持不变,“功能切换”开关和中间铡刀开关分别扳向UH”IS分别取1.00mA、“，1.50mA、2.00mA、2.50mA、3.00mA、3.50mA，分别测出UH值，每组UH值IS、B方向进行4

种组合，分别测出U1、U2、U3、U4值，填入表4.7.1中。
3、调节Is=0.6A并保持不变,“功能切换”开关和中间铡刀开关位置保持不变，M分别取0.300A、I0.400A、0.500A、0.600A、0.700A、0.800A时测出UH，测量数据记入表4.7.2中。4、在零磁场下（IM输入开关空位），取Im=1.5mA,中间铡刀开关置“Uσ”置，分别测量Is

正、反方向的Uσ值，记入表4.7.3中。：【数据处理】数据处理】表4.7.1
Is/mAIM=0.6AU1/mVU2/mVU3/mAU4/mAUH=U1－U2＋U3－U4／4

＋B＋Is
1.001.502.002.503.003.50

－B＋Is＋3.96＋5.95＋7.91＋9.87＋11.86＋13.81

－B－Is－3.87－5.87－7.83－9.80－11.77－13.73

＋B－Is＋4.14＋6.23＋8.27＋10.34＋12.39＋14.43
4.0056.0458.04810.06012.08314.080

－4.05－6.13－8.18－10.23－12.31－14.35

由上图：

UH14.08－==4.023×103IS3.50×10

RH1=

0.5×103－UHd－－=4.02×1030.502×0.6=6.67×103ISKIM

表4.7.2
IM/A

Is=3.00mAU1/mVU2/mVU3/mAU4/mAUH=U1－U2＋U3－U4／4

＋B＋Is
0.3000.4000.5000.6000.7000.800

－B＋Is＋5.81＋7.81＋9.81＋11.84＋13.84＋15.84

－B－Is－5.73－7.73－9.73－11.76－13.76－15.76

＋B－Is＋6.35＋8.35＋.10.35＋12.38＋14.38＋16.37
6.0558.03510.03912.06514.06516.068

－6.33－8.25－10.26－12.28－14.28－16.30

UHUH１16.068×10