霍爾效應(yīng)及磁場的測量new課件

霍爾效應(yīng)及磁場的測量實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私饣魻栃?yīng)的基本原理，掌握用霍爾效應(yīng)測量磁場的方法。學(xué)習(xí)用對(duì)稱測量法消除霍爾元件的副效應(yīng)。實(shí)驗(yàn)原理導(dǎo)體或半導(dǎo)體薄膜材料在外加電場作用下，載流子產(chǎn)生定向運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)的電荷在磁場中受到洛侖茲力作用使電荷產(chǎn)生橫向的偏轉(zhuǎn)，由于樣品有邊界，所以偏轉(zhuǎn)的載流子將在邊界積累起來，產(chǎn)生一個(gè)橫向電場EH，這個(gè)現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，該電場稱為霍爾電場。應(yīng)用這種效應(yīng)做成的傳感器稱為霍爾元件。圖1霍爾效應(yīng)由上式可看出，若已知霍爾片的靈敏度KH，只需分別測出霍爾電流IH及霍爾電勢差VH就可以算出磁場B的大小，這就是霍爾效應(yīng)測磁場的基本原理。*一般要求霍爾元件的靈敏度KH愈大愈好。KH與載流子濃度n成反比，半導(dǎo)體內(nèi)載流子濃度遠(yuǎn)比金屬載流子濃度小，所以都用半導(dǎo)體材料作為霍爾元件，KH與材料片厚d成反比,因此霍爾元件都做得很薄,一般只有0.2mm厚.霍爾元件副效應(yīng)及消除在實(shí)際測量過程中，還會(huì)伴隨一些熱磁副效應(yīng)，它使所測得的電壓不只是VH還會(huì)附加另外一些電壓，給測量帶來誤差。這些熱磁效應(yīng)有1.埃廷斯豪森效應(yīng)2.能斯脫效應(yīng)3.里紀(jì)-勒杜克效應(yīng)4.不等位效應(yīng)埃廷斯豪森效應(yīng)，是由于霍爾片兩端有溫度差，從而產(chǎn)生溫差電動(dòng)勢VE，它與霍爾電流IH、磁場B方向有關(guān)。能斯脫效應(yīng)，是由于當(dāng)熱流通過霍爾片在其兩側(cè)會(huì)有電動(dòng)勢VN產(chǎn)生，只與磁場B和熱流有關(guān)。里紀(jì)-勒杜克效應(yīng),是當(dāng)熱流通過霍爾片時(shí),兩側(cè)會(huì)有溫度差產(chǎn)生,從而又產(chǎn)生溫差電動(dòng)勢VL,它同樣與磁場B及熱流有關(guān).不等位效應(yīng),是兩側(cè)的電極不在同一等勢面上引起的，當(dāng)IH通過電流端時(shí)，即使不加磁場也會(huì)有電勢差V0產(chǎn)生，其方向隨IH方向而改變。

霍爾元件副效應(yīng)及消除實(shí)驗(yàn)測量電路如左圖所示,VAA電壓測量雙路恒流電源提供實(shí)驗(yàn)裝置電源和顯示霍爾電壓的數(shù)值。左面的恒流源提供電磁鐵提供勵(lì)磁電流IM，右面的恒流源提供霍爾工作電流IH，中間的電壓表顯示霍爾電壓VH的大小。實(shí)驗(yàn)測量圖1霍爾效應(yīng)*確定儀器的KH和IH，并記錄下來，方可開始實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)儀器電源電源電源SH500A型SH500型對(duì)稱法消除負(fù)效應(yīng)——換向開關(guān)IM霍爾元件實(shí)驗(yàn)操作要求測量電磁鐵間隙磁場沿水平方向的分布,

畫出分布圖(B-X圖)(IM=600mA);A.將霍爾控制電流調(diào)至設(shè)定值，SH500型IH=9.00mA;

SH500-A型IH=2.00mA；B.測量單邊水平方向磁場分布(0~20mm)，0~12mm每隔4mm測一點(diǎn)，13~20mm每隔1mm測一點(diǎn)；C.每個(gè)點(diǎn)都應(yīng)用對(duì)稱測量法消除霍爾元件的副效應(yīng)。電磁鐵氣隙磁場沿水平方向的分布B－X圖

A.將霍爾控制電流調(diào)至設(shè)定值:SH500型IH=9.00mA;SH500-A型IH=2.00mAB.勵(lì)磁電流IM在0~200mA,800mA~1000mA范圍內(nèi)每隔50mA測一點(diǎn),200mA~800mA范圍內(nèi)每隔200mA測一點(diǎn);C.每個(gè)點(diǎn)都應(yīng)用對(duì)稱測量法消除霍爾元件的副效應(yīng).

測量勵(lì)磁電流與霍爾電壓的IM-VH關(guān)系曲線實(shí)驗(yàn)操作要求實(shí)驗(yàn)操作要求IM-VH關(guān)系（位置在0mm處）IM(mA)0501001502004008008509009501000V1(mV)V2(mV)V3(mV)V4(mV)VH(mV)注意事項(xiàng)1.勵(lì)磁電流與霍爾電流的輸入端不可接錯(cuò);2.兩種霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀的工作電流不得超過:SH500型IH<10.00mA;SH500-AIH<2.50mA.3.實(shí)驗(yàn)儀的換相開關(guān)需自己連接.作業(yè)什么是霍爾效應(yīng)？采用霍爾效應(yīng)測量磁場時(shí)，需要測量哪些物理量？2.如何判斷材料的導(dǎo)電類型和磁場的極性？3.如何判斷霍爾元件的法向與磁場方向是否一致，對(duì)結(jié)果有何影響？講義中思考題1、2作業(yè)FBFE------++++++FBFE++++++------BIHVHbBIHVHVH>0VH<0*如何判斷載流子類型FEFB------++++++FBFE++++++------BIHVHbBIHVHVH>0VH<0*如何判斷磁場方向?qū)嶒?yàn)報(bào)告基本要求：字跡清晰，文理通順，圖表正確，數(shù)據(jù)完備和結(jié)論明確實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容包括：（1）實(shí)驗(yàn)名稱（2）實(shí)驗(yàn)?zāi)康?3)實(shí)驗(yàn)