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實驗目的與要求了解產(chǎn)生霍爾效應的物理過程及其測量磁場的原理和方法;驗證霍爾電流與霍爾電壓的線性關(guān)系;測定勵磁電流與霍爾電壓線性關(guān)系的范圍.實驗儀器和用具LH-A型霍爾效應實驗儀器一臺、HF-CF型測試儀一臺、導線若干.實驗原理及內(nèi)容和方法實驗原理:霍爾效應從本質(zhì)上講是運動的帶電粒子在磁場中受洛倫磁力的作用引起的偏轉(zhuǎn)。將半導體置于圖1所示的電場中。半導體長度為,寬度為,厚度為,外磁場沿z軸方向,若半導體中通有電流,沿x軸方向,垂直于,則現(xiàn)在和方向,即沿y方向,出現(xiàn)一個橫向電位差,這一現(xiàn)象稱霍爾效應,其橫向電壓稱霍爾電壓. 設有橫向均勻磁場作用在一束以速度為的電子流上,運動電荷受到洛倫磁力為:………...(1)其方向沿y軸負方向,造成電子流發(fā)生偏轉(zhuǎn),被推向半導體的下側(cè)(M面),在M上形成負電荷積累,而相對上側(cè)(N面)形成正電荷積累,使M,N面之間建立了電場,其方向沿y軸方向,兩側(cè)的霍爾電壓; 電子在霍爾電場中受到一個靜電場力:…………..(2)沿y軸正方向,它將阻礙電子相M面積聚。隨著電荷的增加,電場不斷增強,直到達到平衡,這時候有: ………..…..(3)設半導體薄片中電子濃度為,則有:所以霍爾電壓為:………...……..(4)式中,稱為霍爾系數(shù),它取決于材料的性質(zhì),是反映材料霍爾效應的重要參數(shù)可以知道;稱為霍爾靈敏度,它取決于材料性質(zhì)和幾何尺寸,對于霍爾片來說是個常數(shù),單位為.對于選定的霍爾片,保持通過它的工作電流值不變,霍爾電壓與被測的電磁感應強度成正比: ……….........(5)實驗內(nèi)容和方法(1)測繪曲線,保持不變,調(diào)節(jié)霍爾元件位置使電壓表值最大,調(diào)節(jié)并依次改變勵磁電流和霍爾電流的方向,將霍爾電壓記錄在表中。(2)測繪曲線,保持不變,調(diào)節(jié)霍爾元件位置使電壓表值最大,調(diào)節(jié)并依次改變勵磁電流和霍爾電流的方向,將霍爾電壓記錄在表中。四、誤差來源及分析1.誤差來源:(1)電熱和溫差帶來的附加電壓。(2)由于霍爾片表面不均勻,使電極位置不勻稱,造成不等勢電壓。2.分析:采用換測法消除不等勢電壓。取電流和磁場的四種狀態(tài)分別測電壓得。求這四個電壓絕對值的平均值即:.五、數(shù)據(jù)處理分析及結(jié)果1.測繪曲線,保持不變,在表格中記錄霍爾電壓。1.009.5-9.58.78.79.12.0019.0-8.7-17.417.418.23.0028.5-28.4-26.126.127.2754.0037.9-37.834.734.833.85.0047.4-47.3-43.443.545.46.0056.9-56.8-52.052.254.4757.0066.4-66.3-60.760.863.558.0075.8-75.6-69.169.471.2259.0085.2-85.0-84.978.183.310.084.8-94.6-86.586.790.65用最小二乘法可知關(guān)聯(lián)系數(shù)2.測繪曲線,保持不變,在表格中記錄霍爾電壓。100.011.1-11.1-7.17.19.1200.020.1-20.0-16.216.218.125300.028.9-28.8-24.824.926.85400.038.2-38.1-34.134.236.15500.047.1-47.0-43.043.140.05600.056.7-56.6-52.652.754.65700.065.6-65.5-61.461.563.5800.074.8-74.8-70.
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