霍尔元件基本参数测量.docx

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3、测量霍尔系数、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】：
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()
样品中横向电场Eh可认为是匀强电场，则有：
UH=Ehb==RH（）
基本参数：
霍尔系数RH
霍尔系数定义：RH=
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=
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=
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K
K=
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nn=
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=
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，应用表中对称测量法可基本消除这些影响。
【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，IM分别取0.300A、0.400A、0.500A、0.600A、0.700A、0.800A时测出UH，测量数据记入表中。
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，记入表中。
【数据处理】：
表IM=0.6A
Is/mAU1/mVU2/mVU3/mAU4/mAUH=U1－U2＋U3－U4／4＋B＋Is－B＋Is－B－Is＋B－Is1.00－4.05＋3.96－3.87＋4.144.0051.50－6.13＋5.95－5.87＋6.236.0452.00－8.18＋7.91－7.83＋8.278.0482.50－10.23＋9.87－9.80＋10.3410.0603.00－12.31＋11.86－11.77＋12.3912.0833.50－14.35＋13.81－13.73＋14.4314.080
由上图：==4.023×10－3RH1==4.02×10－3=6.67×10－3

表Is=3.00mA
IM/AU1/mVU2/mVU3/mAU4/mAUH=U1－U2＋U3－U4／4＋B＋Is－B＋Is－B－Is＋B－Is0.300－6.33＋5.81－5.73＋6.356.0550.400－8.25＋7.81－7.73＋8.358.0350.500－10.26＋9.81－9.73＋.10.3510.0390.600－12.28＋11.84－11.76＋12.3812.0650.700－14.28＋13.84－13.76＋14.3814.0650.800－16.30＋15.84－15.76＋16.3716.068
10—3RH2=20.08×10—3=6.92×10－3
表Is=0.15mA
Is/mAUσ/mV换向前12.4换向后－12.5平均0.1（1）霍尔系数RH
RH=6.795×10－3
（2）根据RH的符号判断样品导电类型N、P
（3）件的灵敏度K
物理实验中心
实验名称：霍尔组件基本参数测量姓名：李昊时间代码：0612109876
K=6.795×10－3/0.5×10－3=13.59
（4）载流子浓度n