1、霍爾效應 陳浩（05A12820）（東南大學土木工程學院 南京 211189）摘 要： 掌握霍爾效應原理，測量判定半導體材料的霍爾系數，了解霍爾效應中各種副效應的消除方法，理解組合線圈、長直螺線管軸線上磁場分布，利用霍爾效應測量磁場，對數據進行整合作圖分析，研究載流線圈組的磁場分布 。關鍵詞： 霍爾效應；半導體材料的性能；磁場分布；作圖法；誤差分析。HHall-effectHao Chen（05A12820）(College of Civil Engineering of Southeast University, Nanjing 211189)Abstract：Mastering the p

2、rinciple of hall effect, Measuring judgement of semiconductor materials hall coefficient,Understanding of deputy hall effect of eliminating the effect of method,Using hall effect on data measurement of magnetic field,integrate graphic analysis,research current-carrying coil group of the magnetic fie

3、ld distributionkey words: Hall effect; Properties of semiconductor materials; Magnetic field distribution,; Graphing method;Error analysis.利用霍爾效應可以確定半導體材料的導電類型、載流子濃度及遷移率、半導體的禁帶寬度等。因此，霍爾效應時研究半導體性質的重要實驗方法。利用霍爾效應測量磁場，研究載流線圈組的磁場分布。1 霍爾效應將一塊半導體或導體材料，沿Z方向加以磁場，沿X方向通以工作電流I，則在Y方向產生出電動勢，如圖1所示，這現象稱為霍爾效應。稱為霍爾電壓

4、。 , , I 三者相互垂直時， =; = ;得 =（為霍爾元件的靈敏度）令=，則（1）為正時，,，為負時 0因此，可從霍爾電壓判斷載流子類型（2）與及成反比，為得顯著的霍爾效應，采用載流子濃度較低的材料制薄型元件。 圖1 霍爾效應原理示意圖2 利用霍爾效應研究半導體材料的性能2.1 研究的各參數（1） 半導體材料的性質 = ; = ，=得 =（2） 半導體材料的電導率= =. 為材料的電導率（3） 載流子的遷移率=2.2 數據處理用matlab進行數據處理得到曲線（1）保持不變，用對稱測量法測霍爾電壓（=）1.00-4.454.41-4.314.30-4.371.20-5.315.29-5.

5、195.18-5.241.40-6.196.18-6.046.04-6.111.60-7.087.06-6.916.87-6.981.80-7.987.94-7.777.75-7.862.00-8.858.83-8.608.58-8.71處理數據得到的圖形： 圖2 霍爾效應 -曲線根據圖形分析得：直線斜率=，= -（2）保持值不變，用對稱法測量霍爾電壓(=)0.200-2.662.64-2.402.38-2.520.300-3.933.91-3.663.64-3.780.400-5.195.17-4.914.89-5.040.500-6.456.43-6.176.16-6.300.600-7.

6、707.67-7.427.40-7.550.700-8.898.89-8.668.64-8.77處理圖片得到圖形： 圖3 霍爾效應 -曲線根據圖形分析得：直線斜率= -,= -3 利用霍爾效用測磁場因=用已知的霍爾元件制成探頭，測出和得 =通過數據測量以及處理，得到下圖： 圖4 單線圈 -曲線 圖5 雙線圈 -曲線 距離為 圖6 雙線圈 -曲線 距離為2圖7 雙線圈 -曲線 距離為實驗測得的數據所繪出的曲線與理論曲線基本一致，但還存在著一點的誤差。4 誤差分析（1） 誤差來源有測量工作電流的電流表的測量誤差，測量霍爾器件厚度d的長度，測量儀器的測量誤差，測量霍爾電壓的電壓表的測量誤差，磁場方向

7、與霍爾器件平面的夾角影響等。（2） 測半導體材料的性能：、在確定值時可能會有一定的跳變，并且讀數時存在一定的誤差，導致最終的測量以及計算存在誤差（3） 利用霍爾效用測磁場：測量工作電流的電流表測量誤差，測量霍爾元件厚度的長度測量儀器的測量誤差，測量霍爾電壓的電壓（4） 表的測量誤差，磁場方向與霍爾器件平面夾角也會對測量結果產生影響等。 5 總結通過以上的數據的處理與分析，可以得到以下的結論：（1） 如果磁感應強度和霍爾元件平面不完全正交，實驗測出的霍爾系數比實際值偏小，要想準確測量值，就需要保證磁感應強度和霍爾器件平面完全正交，或者設法測量出磁感應強度和霍爾器件平面的夾角。（2） 當勵磁電流=

8、0時，霍爾電壓不為0，且隨著霍爾電流的增加而增加，通過作圖發現二者滿足線性關系。說明在霍爾元件內存在一不等位電壓，這是由于測量霍爾電壓的兩條接線沒有在同一個等勢面上造成的。（3） 改變線圈的形狀不對稱后，即改變其產生的磁感應強度的大小和方向，所以垂直于霍爾片方向上的磁感應強度就相應發生改變，而且垂直于探桿方向上的磁場強度不抵消，導致霍爾電壓改變；改變形狀對稱，則垂直探桿方向磁場抵消，平行方向改變，霍爾電壓改變。（4） 當勵磁電流保持恒定，改變霍爾電流時，測量得到的霍爾電壓隨霍爾電流的增加而增加，通過作圖發現二者之間滿足線性關系。（5） 當霍爾電壓保持恒定，改變勵磁電流時，測量得到的霍爾電壓隨勵磁電流的增加而增加，通過作