載流子濃度參考資料-霍爾系數(shù)法

1、霍爾系數(shù)和電阻率的測(cè)量把通有電流的半導(dǎo)體置于磁場(chǎng)中，如果電流方向與磁場(chǎng)垂直，則在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向會(huì)產(chǎn)生一附加的橫向電場(chǎng)，這個(gè)現(xiàn)象稱(chēng)為霍爾效應(yīng)。隨著半導(dǎo)體物理學(xué)的發(fā)展，霍爾系數(shù)和電導(dǎo)率的測(cè)量已成為研究半導(dǎo)體材料的主要方法之一。通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量半導(dǎo)體材料的霍爾系數(shù)和電導(dǎo)率可以判斷材料的導(dǎo)電類(lèi)型、載流子濃度、載流子遷移率等主要參數(shù)。若能測(cè)量霍爾系數(shù)和電導(dǎo)率隨溫度變化的關(guān)系，還可以求出材料的雜質(zhì)電離能和材料的禁帶寬度。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? ,了解霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)原理以及有關(guān)霍爾元件對(duì)材料要求的知識(shí)；2 .學(xué)習(xí)用“對(duì)稱(chēng)測(cè)量法”消除副效應(yīng)的影響，測(cè)量并繪制試樣的Vh-Is和Vh-Im曲線(xiàn)；3,確定試樣的導(dǎo)電類(lèi)型、

2、載流子濃度以及遷移率。二、實(shí)驗(yàn)原理霍爾效應(yīng)從本質(zhì)上講是運(yùn)動(dòng)的帶電粒子在磁場(chǎng)中受洛侖茲力作用而引起的偏轉(zhuǎn)。當(dāng)帶電粒子(電子和空穴)被約束在固體材料中，這種偏轉(zhuǎn)就導(dǎo)致在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上產(chǎn)生正負(fù)電荷的積累，從而形成附加的橫向電場(chǎng)，即霍爾電場(chǎng)。對(duì)于圖2.1(a)所示的N型半導(dǎo)體試樣，若在X方向的電極D、E上通以電流Is,在Z方向加磁場(chǎng)B,試樣中載流子(電子)將受洛侖茲力：FgevB(2.1)圖2.1樣品示意圖無(wú)論載流子是正電荷還是負(fù)電荷，F(xiàn)g的方向均沿Y方向，在此力的作用下，載流子發(fā)生偏移，則在Y方向即試樣A、A'電極兩側(cè)就開(kāi)始聚集異號(hào)電荷，在A、A'兩側(cè)產(chǎn)生一個(gè)電位差VH,形

3、成相應(yīng)的附加電場(chǎng)Eh霍爾電場(chǎng)，相應(yīng)的電壓Vh稱(chēng)為霍爾電壓，電極A、A'稱(chēng)為霍爾電極。電場(chǎng)的指向取決于試樣的導(dǎo)電類(lèi)型。N型半導(dǎo)體的多數(shù)載流子為電子，P型半導(dǎo)體的多數(shù)載流子為空穴。對(duì)N型試樣，霍爾電場(chǎng)逆丫方向，P型試樣則沿丫方向，有Is(X)、B(Z)Eh(Y)<0(N型)Eh(Y)>0(P型)Fg方向相反的顯然，該電場(chǎng)是阻止載流子繼續(xù)向側(cè)面偏移。試樣中載流子將受一個(gè)與橫向電場(chǎng)力：FeeEH（2.2）其中，Eh為霍爾電導(dǎo)強(qiáng)度。Fe隨電荷積累增多而增大，當(dāng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，兩個(gè)力平衡，即載流子所受的橫向電場(chǎng)力Fe與洛侖茲力Fg相等，樣品兩側(cè)電荷的積累就達(dá)到平衡，故有eEHevB（2

4、.3）nevbd設(shè)試樣的寬度為b,厚度為d,載流子濃度為n,則電流強(qiáng)度Is與V的關(guān)系為(2.4)由式（2.3）、（2.4）可得VhEHb1IsBIsBRhnedd(2.5)即霍爾電壓Vh（A、A'電極之間的電壓）與IsB乘積成正比，與試樣厚度d成反比。比例系數(shù)RH=1/ne稱(chēng)為霍爾系數(shù)，它是反映材料霍爾效應(yīng)強(qiáng)弱的重要參數(shù)。根據(jù)霍爾效應(yīng)制作的元件稱(chēng)為霍爾元件。由式（2.5）可見(jiàn)，只要測(cè)出Vh（伏），以及知道Is（安）、B（高斯）和d（厘米），可按下式計(jì)算Rh（厘米3/庫(kù)侖）：RhVHdIsB108(2.6)上式中的108是由于磁感應(yīng)強(qiáng)度B用電磁單位（高斯）而其它各量均采用C、G、S實(shí)用單

5、位引入。注：磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小與勵(lì)磁電流Im的關(guān)系由制造廠家給定，并標(biāo)明在實(shí)驗(yàn)儀上?；魻栐褪抢蒙鲜龌魻栃?yīng)制成的電磁轉(zhuǎn)換元件。對(duì)于成品的霍爾元件，其Rh和d已知，因此在實(shí)際應(yīng)用中，式（2.5）常以如下形式出現(xiàn)：VhKhIsB（2.7）其中，比例系數(shù)KH=RH/d=1/ned稱(chēng)為霍爾元件靈敏度（其值由制造廠家給出），它表示該器件在單位工作電流和單位磁感應(yīng)強(qiáng)度下輸出的霍爾電壓。Is稱(chēng)為控制電流。（2.7）式中的單位取Is為mA、B為KGS、Vh為mV,貝UKh的單位為mV/（mA-KGS）。Kh越大，霍爾電壓Vh越大，霍爾效應(yīng)越明顯。從應(yīng)用上講，Kh愈大愈好。Kh與載流子濃度n成反比，半導(dǎo)體

6、的載流子濃度遠(yuǎn)比金屬的載流子濃度小，因此用半導(dǎo)體材料制成的霍爾元件，霍爾效應(yīng)明顯，靈敏度高，這也是一般霍爾元件不用金屬導(dǎo)體而用半導(dǎo)體制成的原因。另外，Kh還與d成反比，因此霍爾元件一般都很薄。本實(shí)驗(yàn)所用的霍爾元件就是用N型半導(dǎo)體硅單晶切薄片制成的。由于霍爾效應(yīng)的建立所需時(shí)間很短（約10-1210-14s）,因此使用霍爾元件時(shí)用直流電或交流電均可。只是使用交流電時(shí)，所得的霍爾電壓也是交變的，此時(shí)，式（2.7）中的Is和Vh應(yīng)理解為有效值。根據(jù)Rh可進(jìn)一步確定以下參數(shù)。1 .由Rh的符號(hào)（或霍爾電壓的正、負(fù)）判斷試樣的導(dǎo)電類(lèi)型判斷的方法是按圖2.1所示的Is和B的方向，若測(cè)得的Vh=Vaa，0,（

7、即點(diǎn)A的電位低于點(diǎn)A'的電位）則Rh為負(fù)，樣品屬N型，反之則為P型。2 .由Rh求載流子濃度n由比例系數(shù)RH=1/ne得，n=1/|RH|e。應(yīng)該指出，這個(gè)關(guān)系式是假定所有的載流子都具有相同的漂移速率得到的，嚴(yán)格一點(diǎn)，考慮載流子的漂移速率服從統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律，需引入3ti/8的修正因子（可參閱黃昆、謝希德著半導(dǎo)體物理學(xué)）。但影響不大，本實(shí)驗(yàn)中可以忽略此因素。3 .結(jié)合電導(dǎo)率的測(cè)量，求載流子的遷移率電導(dǎo)率（T與載流子濃度n以及遷移率w之間有如下關(guān)系：ne（2.8）由比例系數(shù)RH=1/ne得，（1=|Rh|ct,通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)出o值即可求出科。根據(jù)上述可知，要得到大的霍爾電壓，關(guān)鍵是要選擇霍爾系數(shù)

8、大（即遷移率高、電阻率p亦較高）的材料。因|RH|=p,就金屬導(dǎo)體而言，和P均很低，而不良導(dǎo)體p雖高，但極小，因而上述兩種材料的霍爾系數(shù)都很小，不能用來(lái)制造霍爾器件。半導(dǎo)體科高，P適中，是制造霍爾器件較理想的材料。由于電子的遷移率比空穴的遷移率大，所以霍爾器件都采用N型材料，其次霍爾電壓的大小與材料的厚度成反比，因此薄膜型的霍爾器件的輸出電壓較片狀要高得多。就霍爾元件而言，其厚度是一定的，所以實(shí)際上采用來(lái)表示霍爾元件的靈敏度，Kh稱(chēng)為霍爾元件靈敏度，單位為mV/（mAT）或mV/（mAKGS）。Kh（2.9）ned三、實(shí)驗(yàn)儀器1. TH-H型霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀，主要由規(guī)格為>2500GS/A

9、電磁鐵、N型半導(dǎo)體硅單晶切薄片式樣、樣品架、Is和Im換向開(kāi)關(guān)、Vh和V（即Vac）測(cè)量選擇開(kāi)關(guān)組成。2. TH-H型霍爾效應(yīng)測(cè)試儀，主要由樣品工作電流源、勵(lì)磁電流源和直流數(shù)字豪伏表組成。四、實(shí)驗(yàn)方法1.霍爾電壓Vh的測(cè)量應(yīng)該說(shuō)明，在產(chǎn)生霍爾效應(yīng)的同時(shí)，因伴隨著多種副效應(yīng)，以致實(shí)驗(yàn)測(cè)得的A、A'兩電極之間的電壓并不等于真實(shí)的Vh值，而是包含著各種副效應(yīng)引起的附加電壓，因此必須設(shè)法消除。根據(jù)副效應(yīng)產(chǎn)生的機(jī)理（參閱附錄）可知，采用電流和磁場(chǎng)換向的對(duì)稱(chēng)測(cè)量法，基本上能夠把副效應(yīng)的影響從測(cè)量的結(jié)果中消除，具體的做法是Is和B（即Im）的大小不變，并在設(shè)定電流和磁場(chǎng)的正、反方向后，依次測(cè)量由下列

10、四組不同方向的Is和B組合的A、A'兩點(diǎn)之間的電壓Vi、V2、V3和V4,即+Is+BVi+Is-BV2-Is-BV3-Is+BV4然后求上述四組數(shù)據(jù)Vi、V2、V3和V4的代數(shù)平均值，可得通過(guò)對(duì)稱(chēng)測(cè)量求得的Vh,雖然還存在個(gè)別無(wú)法消除的副效應(yīng)，但其引入的誤差甚小，可以略而不計(jì)。2 .電導(dǎo)率（T的測(cè)量（T可以通過(guò)圖2.1所示的A、C（或A'、C'）電極進(jìn)行測(cè)量，設(shè)A、C間的距離為l,樣品的橫截面積為S=bd,流經(jīng)樣品的電流為Is,在零磁場(chǎng)下，測(cè)得A、C（A'、C'）間的電位差為V，（Vac）,可由下式求得d(2.10)IslVS3 .載流子遷移率n的測(cè)量

11、電導(dǎo)率（T與載流子濃度n以及遷移率w之間有如下關(guān)系：ne由比例系數(shù)RH=1/ne得，（i=|Rh|（t。五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容仔細(xì)閱讀本實(shí)驗(yàn)儀使用說(shuō)明書(shū)后，按圖2.2連接測(cè)試儀和實(shí)驗(yàn)儀之間相應(yīng)的Is、Vh和Im各組連線(xiàn)，Is及Im換向開(kāi)關(guān)投向上方，表明Is及Im均為正值（即Is沿X方向，B沿Z方向），反之為負(fù)值。Vh、V，切換開(kāi)關(guān)投向上方測(cè)Vh,投向下方測(cè)V，。經(jīng)教師檢查后方可開(kāi)啟測(cè)試儀的電源。接測(cè)試儀接測(cè)試儀接測(cè)試儀Is輸出Vh、V。輸入Im輸出圖2.2霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀示意圖注意：圖2.2中虛線(xiàn)所示的部分線(xiàn)路即樣品各電極及線(xiàn)包引線(xiàn)與對(duì)應(yīng)的雙刀開(kāi)關(guān)之間連線(xiàn)已由制造廠家連接好。必須強(qiáng)調(diào)指出：嚴(yán)禁將測(cè)試儀的勵(lì)

12、磁電源“Im輸出”誤接到實(shí)驗(yàn)儀的“Is輸入”或“Vh、V，輸出”處，否則一旦通電，霍爾元件即遭損壞！為了準(zhǔn)確測(cè)量，應(yīng)先對(duì)測(cè)試儀進(jìn)行調(diào)零，即將測(cè)試儀的“Is調(diào)節(jié)”和“Im調(diào)節(jié)”旋鈕均置零位，待開(kāi)機(jī)數(shù)分鐘后若Vh顯示不為零，可通過(guò)面板左下方小孔的“調(diào)零”電位器實(shí)現(xiàn)調(diào)零，即“0.00”。轉(zhuǎn)到霍爾元件探桿支架的旋鈕X、Y,慢慢將霍爾元件移到螺線(xiàn)管的中心位置。1 .測(cè)繪Vh-Is曲線(xiàn)將實(shí)驗(yàn)儀的“Vh、5”切換開(kāi)關(guān)投向Vh側(cè)，測(cè)試儀的“功能切換”置Vh。保持Im值不變（取Im=0.6A）,測(cè)繪Vh-Is曲線(xiàn)，記入表2.1中，并求斜率，代入式（2.6）求霍爾系數(shù)Rh,代入式（2.7）求霍爾元件靈敏度Kho表

13、2.1Im=0.6AIs取值：1.00-4.00mAIsV1(mV)V2(mV)V3(mV)V4(mV)ViV2V3V4(mA)+|s、+B+Is、-B-Is、-B-Is、+B1.001.502.002.503.004.002 .測(cè)繪Vh-Im曲線(xiàn)實(shí)驗(yàn)儀及測(cè)試儀各開(kāi)關(guān)位置同上。保持Is不變（取|s=3.00mA）,測(cè)繪Vh-Im曲線(xiàn)，記入表2.2中。表2.2Is=3.00mAIm取值：0.300-0.800A1m(A)V1(mV)V2(mV)V3(mV)V4(mV)VhVi丁.(mV)4+|s、+B+Is、-B-Is、-B-Is、+B0.3000.4000.5000.6000.7000.800

14、3 .測(cè)量V，值將“Vh、V切換開(kāi)關(guān)投向V，側(cè)，測(cè)試儀的“功能切換”置5。在零磁場(chǎng)下，取Is=2.00mA,測(cè)量5。注意：Is取值不要過(guò)大，以免V，太大，毫伏表超量程（此時(shí)首位數(shù)碼顯示為1,后三位數(shù)碼熄滅）。4 .確定樣品的導(dǎo)電類(lèi)型將實(shí)驗(yàn)儀三組雙刀開(kāi)關(guān)均投向上方，即Is沿X方向，B沿Z方向，毫伏表測(cè)量電壓為Vaa，。取1s=2mA,Im=0.6A,測(cè)量Vh大小及極性,判斷樣品導(dǎo)電類(lèi)型。5.記錄實(shí)驗(yàn)儀器的磁場(chǎng)強(qiáng)度，求樣品的Rh、n、o和!1值。六、預(yù)習(xí)思考題1 .列出計(jì)算霍爾系數(shù)Rh、載流子濃度n、電導(dǎo)率b及遷移率的計(jì)算公式，并注明單位。2 .如已知霍爾樣品的工作電流Is及磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向，如

15、何判斷樣品的導(dǎo)電類(lèi)型。3 .在什么樣的條件下會(huì)產(chǎn)生霍爾電壓，它的方向與哪些因素有關(guān)？4 .實(shí)驗(yàn)中在產(chǎn)生霍效應(yīng)的同時(shí)，還會(huì)產(chǎn)生哪些副效應(yīng)，它們與磁感應(yīng)強(qiáng)度B和電流Is有什么關(guān)系，如何消除副效應(yīng)的影響？實(shí)驗(yàn)中霍爾元件的副效應(yīng)及其消除方法(1)不等勢(shì)電壓降Vo如圖2.3所示，由于元件的測(cè)量霍爾電壓的A、A'兩電極不可能絕對(duì)對(duì)稱(chēng)地焊在霍爾片的兩側(cè)，位置不在一個(gè)理想的等勢(shì)面上，因此，即使不加磁場(chǎng)，只要的電流Is通過(guò)，就A圖2.3不等勢(shì)面有電壓Vo=lsr產(chǎn)生，其中r為A、A'所在的兩個(gè)等勢(shì)面之間的電阻，結(jié)果在測(cè)量Vh時(shí)，就疊加了Vo,使得Vh值偏大(Vo與Vh同號(hào))或偏小(當(dāng)Vo與Vh異

16、號(hào))。由于目前產(chǎn)生工藝水平較高，不等勢(shì)電壓很小，像本實(shí)驗(yàn)用的霍爾元件試小¥N型半導(dǎo)體硅單晶切薄片只有幾百微伏左右，故一般可以忽略不計(jì)，也可以用一支電Is的方向有關(guān),位器加以平衡。在本實(shí)3中，Vh的符號(hào)取決于Is和B兩者的方向，而Vo只與而與磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向無(wú)關(guān)，因此Vo可以通過(guò)改變Is的方向予以消除。(2)熱電效應(yīng)引起的附加電壓Ve圖2.4熱電效應(yīng)如圖2.4所示，由于實(shí)際上載流子遷移速率V服從統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律，構(gòu)成電流的載流子速度不同，若速度為V的載流子所受的洛侖茲力與霍爾電場(chǎng)的作用力剛好抵消，則速度小于V的載流子受到的洛侖茲力小于霍爾電場(chǎng)的作用力，將向霍爾電場(chǎng)作用力方向偏轉(zhuǎn)；速度大于

17、V的載流子受到的洛侖茲力大于霍爾電場(chǎng)的作用力，將向洛侖茲力方向偏轉(zhuǎn)。這樣使得一側(cè)高速載流子較Y方向引起溫差多，相當(dāng)于溫度較高，另一側(cè)低速載流子較多，相當(dāng)于溫度較低，從而在Ta-Ta，由此產(chǎn)生的熱電效應(yīng)，在A、A'電極上引入附加溫差Ve,這種現(xiàn)象稱(chēng)為愛(ài)延好森效應(yīng)。這種效應(yīng)的建立需要一定的時(shí)間，如果采用直流電則由于愛(ài)延好森效應(yīng)的存在而給霍爾電壓的測(cè)量帶來(lái)誤差；如果采用交流電，則由于交流變化快使得愛(ài)延好森效應(yīng)來(lái)不及建立，可以減小測(cè)量誤差，因此在實(shí)際應(yīng)用霍爾元件片時(shí)，一般都采用交流電。由于VeccIsB,其符號(hào)與Is和B的方向的關(guān)系跟Vh是相同的，因此不能用改變Is和B方向的方法予以消除，但其

18、引入的誤差很小，可以忽略。(3)熱磁效應(yīng)直接引起的附加電壓VndT1J.khdxN圖2.5熱磁電壓dTtfc-JdTdxdy圖2.6熱磁溫差電壓反方向后，分別測(cè)量由如圖2.5所示，因器件兩端電流引線(xiàn)的接觸電阻不等，通電后在接點(diǎn)兩處將產(chǎn)生不同的焦耳熱，導(dǎo)致在X方向有溫度梯度，引起載流子沿梯度方向擴(kuò)散而產(chǎn)生擴(kuò)散電流，熱流Q在Z方向磁場(chǎng)作用下，類(lèi)似于霍爾效應(yīng)在Y方向上產(chǎn)生一附加電場(chǎng)N,相應(yīng)的電壓VnjQB,而Vn的符號(hào)只與B的方向有關(guān)，與Is的方向無(wú)關(guān)，因此可通過(guò)改變B的方向予以消除。(4)熱磁效應(yīng)產(chǎn)生的溫差引起的附加電壓Vrl如圖2.6所示，(3)節(jié)中所述的X方向熱擴(kuò)散電流，因載流子的速度統(tǒng)計(jì)分布

19、，在Z的方向的磁場(chǎng)B作用下，和(2)節(jié)中所述的同一道理將在丫方向產(chǎn)生溫度梯度Ta-Ta，由此引入的附加電壓VrljQB,Vrl的符號(hào)只與B的方向有關(guān)，亦能消除。綜上所述，實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的A、A'之間的電壓除Vh外還包含Vo、Vn、Vrl和Ve各電壓的代數(shù)和，其中Vo、Vn和Vrl均通過(guò)Is和B換向?qū)ΨQ(chēng)測(cè)量予以消除。具體方法是在規(guī)定了電流和磁場(chǎng)正、下列四組不同方向的Is和B的組合A、A'之間的電壓。設(shè)Is和B的方向均為正向時(shí)，測(cè)得A、A'之間的電壓記為Vi,即：當(dāng)+Is、+B時(shí)，Vi=Vh+Vo+Vn+Vrl+Ve將B換向，而Is的方向不變，測(cè)得的電壓記為V2,此時(shí)Vh、Vn

20、、Vrl、Ve均改號(hào)而Vo符號(hào)不變，即當(dāng)+Is、-B時(shí)，V2=-Vh+Vo-Vn-Vrl-Ve同理，按照上述分析當(dāng)-Is、-B時(shí)，V3=Vh-Vo-Vn-Vrl+Ve當(dāng)-Is、+B時(shí)，V4=-Vh-Vo+Vn+Vrl-VeViV2V3V4VhVe求以上四組數(shù)據(jù)Vi、V2、V3和V4的代數(shù)平均值，可得4由于Ve符號(hào)與Is和B兩者方向關(guān)系和Vh是相同的，故無(wú)法消除，但在非大電流，非強(qiáng)磁場(chǎng)下，Vh>>Ve,因此Ve可略而不計(jì)，所以霍爾電壓為：VhMV2V3V44TQH型霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)組合儀使用說(shuō)明書(shū)霍爾效應(yīng)發(fā)現(xiàn)于1879年，隨著電子技術(shù)的進(jìn)展，利用霍爾效應(yīng)制成的電子器件（霍爾元件），由于結(jié)

21、構(gòu)簡(jiǎn)單，頻率響應(yīng)寬（高達(dá)10GHz）,壽命長(zhǎng)，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛用于非電量測(cè)量、自動(dòng)化控制和信息處理等方面?；魻栃?yīng)實(shí)驗(yàn)既結(jié)合教學(xué)內(nèi)容又富有實(shí)用性，是一個(gè)能深化課堂教學(xué)、培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能以及啟發(fā)學(xué)生創(chuàng)造思維和應(yīng)用設(shè)想的典型實(shí)驗(yàn)。TH-H型霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)組合儀可測(cè)定霍爾系數(shù)和載流子濃度，此外，結(jié)合電導(dǎo)率測(cè)量可確定試樣的載流子遷移率。TH-H型霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)組合儀設(shè)計(jì)合理，性能穩(wěn)定，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)完全符合實(shí)驗(yàn)要求。此外，其測(cè)試單元還具有多用功能，如用于電阻一溫度實(shí)驗(yàn)，也可單獨(dú)作為直流恒流源或直流數(shù)字毫伏表使用。一、實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)介T(mén)H-H霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)組合儀由實(shí)驗(yàn)儀和測(cè)試儀兩大部分組成。A.實(shí)驗(yàn)儀（如圖A

22、.1所示）1 .電磁鐵規(guī)格為>3.00KGS/A,磁鐵線(xiàn)包的引線(xiàn)有星標(biāo)者為頭（見(jiàn)實(shí)驗(yàn)儀上圖示），線(xiàn)包繞向?yàn)轫槙r(shí)針（操作者面對(duì)實(shí)驗(yàn)儀），根據(jù)線(xiàn)包繞向及勵(lì)磁電流Im流向，可確定磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向，而B(niǎo)的大小與勵(lì)磁電流Im的關(guān)系由制造廠家給定并標(biāo)明在實(shí)驗(yàn)儀上。2 .樣品和樣品架樣品材料為N型半導(dǎo)體硅單晶片，根據(jù)空腳的位置不同，樣品分兩種形式，即圖A.2的（a）和（b）,樣品的幾何尺寸為：厚度d=0.5mm,寬度b=4.0mm,A、C電極間距l(xiāng)=3.0mm。樣品共有三對(duì)電極，其中A、A域C、C'用于測(cè)量霍爾電壓Vh,A、C或A'、C'用于測(cè)量電導(dǎo)；D、E為樣品工作電流電極

23、。各電極與雙刀換接開(kāi)關(guān)的接線(xiàn)見(jiàn)實(shí)驗(yàn)儀上圖示說(shuō)明。樣品架具有X、Y調(diào)節(jié)功能及讀數(shù)裝置，樣品放置的方位（操作者面對(duì)實(shí)驗(yàn)儀）如實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)圖2.2所示。圖A.1霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀示意圖3. Is和Im換向開(kāi)關(guān)及Vh和V，測(cè)量選擇開(kāi)關(guān)Is和Im換向開(kāi)關(guān)投向上方，則Is及Im均為正值，反之為負(fù)值；Vh和V，測(cè)量選擇開(kāi)關(guān)投向上方測(cè)Vh,投向下方測(cè)5。B、測(cè)試儀（如圖A.3所示）1 .“Is輸出”為010mA樣品工作電流源，“Im輸出”為01A勵(lì)磁電流源。Vh、Vo顯示-Is調(diào)下一廠調(diào)零OOVh、Vo顯7K-測(cè)量選擇功能切換V。QVhIs、Im顯示圖A.3測(cè)試儀面板圖兩組電流源彼此獨(dú)立，兩路輸出電流大小通過(guò)Is調(diào)

24、節(jié)旋鈕及Im調(diào)節(jié)旋鈕進(jìn)行調(diào)節(jié)，二者均連續(xù)可調(diào)。其值可通過(guò)“測(cè)量選擇”按鍵由同一只數(shù)字電流表進(jìn)行測(cè)量，按鍵測(cè)Im,放鍵測(cè)Is。2 .直流數(shù)字電壓表Vh和V，通過(guò)功能切換開(kāi)關(guān)由同一只數(shù)字電壓表進(jìn)行測(cè)量。電壓表零位可通過(guò)調(diào)零電位器進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)顯示器的數(shù)字前出現(xiàn)“一”號(hào)時(shí)，表示被測(cè)電壓極性為負(fù)值。二、技術(shù)指標(biāo)1 .勵(lì)磁電流源Im輸出電流：01A,連續(xù)可調(diào)，調(diào)節(jié)精度可達(dá)1mA。最大輸出負(fù)載電壓：25V。電流穩(wěn)定度：優(yōu)于10-3（交流輸入電壓變化土10%）。電流溫度系數(shù)：10-3Co負(fù)載穩(wěn)定度：優(yōu)于10-3（負(fù)載由額定值變?yōu)榱悖?。電流指示??位發(fā)光管數(shù)字顯示，精度不低于0.5%。2 .樣品工作電流源Is

25、輸出電流：070mA，連續(xù)可調(diào)，調(diào)節(jié)精度可達(dá)10A。最大輸出負(fù)載電壓：12V。電流穩(wěn)定度：優(yōu)于10-3（交流輸入電壓變化土10%）。電流溫度系數(shù)：10-3Co負(fù)載穩(wěn)定度：優(yōu)于10-3（負(fù)載由額定值變?yōu)榱悖?。電流指示??位發(fā)光管數(shù)字顯示，精度不低于0.5%。3 .直流數(shù)字毫伏表測(cè)量范圍：±20mV;±200mV。3?位發(fā)光管數(shù)字顯示，精度不低于0.5%。注：Is和Im兩組電流源也可用于需要直流恒流供電的其它場(chǎng)合，用戶(hù)只要將“Vh、V輸出短接，可按需要選取一組或兩組恒流源使用均可。三、使用說(shuō)明1 .測(cè)試儀的供電電源為220V,50Hz,電源進(jìn)線(xiàn)為單相三線(xiàn)。2 .電源插座和電源

26、開(kāi)關(guān)均安裝在機(jī)箱背面，保險(xiǎn)絲為0.5A,置于電源插座內(nèi)。3 .樣品各電極及線(xiàn)包引線(xiàn)與對(duì)應(yīng)的雙刀換接開(kāi)關(guān)之間連線(xiàn)（已由廠家連接好）見(jiàn)實(shí)驗(yàn)儀上圖示說(shuō)明。4 .測(cè)試儀面板上的“Is輸出”、“Im輸出”和“Vh、V，輸入”三對(duì)接線(xiàn)柱應(yīng)分別與實(shí)驗(yàn)儀上的三對(duì)相應(yīng)的接線(xiàn)柱正確連接。5 .儀器開(kāi)機(jī)前應(yīng)將Is、Im調(diào)節(jié)旋鈕逆時(shí)針?lè)较蛐降?，使其輸出電流趨于最小狀態(tài)，然后再開(kāi)機(jī)。6 .“Vh、V，切換開(kāi)關(guān)”應(yīng)始終保持閉合狀態(tài)。7 .儀器接通電源后，預(yù)熱數(shù)分鐘即可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。8 .“Is調(diào)節(jié)”和“Im調(diào)節(jié)”分別用來(lái)控制樣品工作電流和勵(lì)磁電流的大小，其電流隨旋鈕順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)而增加，細(xì)心操作，調(diào)節(jié)的精度分別可達(dá)10dA和1mA。Is和Im計(jì)數(shù)可通過(guò)“測(cè)量選擇”按鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)。按鍵測(cè)Im,放鍵測(cè)Is。9 .三個(gè)開(kāi)關(guān)，各用來(lái)控制或選擇勵(lì)磁電流、工作電流和霍爾電壓的方向。10 .關(guān)機(jī)前，應(yīng)將“Is調(diào)節(jié)”和“Im調(diào)節(jié)”旋鈕逆時(shí)針?lè)较蛐降?，使其輸出電流趨于零，此時(shí)指示器計(jì)數(shù)為“000”，然后才可切斷電源。四、儀器檢驗(yàn)步驟1 .儀器出廠前，霍爾片已調(diào)至電磁電中心位置?；魻柶源嘁姿?、電極甚細(xì)易斷，嚴(yán)防撞擊，或用手去觸摸，否則，即遭損壞！在需要調(diào)