答辩-大学普物实验-霍尔效应与应用设计-梅希彤ppt.ppt

* 实验结果记录与分析 3.4 亥姆霍兹线圈磁场沿x轴分布 * 实验结果记录与分析 3.4 亥姆霍兹线圈磁场沿x轴分布 霍尔效应与应用设计 【汇报人】 梅希彤 【所属班级】严济慈物理学英才班 【汇报时间】2016年4月11日 * 华中科技大学·物理实验答辩 * 目 录 1 实验原理与实验方法 2 实验器材与实验步骤 3 实验结果记录与分析 4 实验结论与延伸讨论 5 实验小结与参考文献 * 实验原理与实验方法 1.1 霍尔效应Hall Effect 载流体置于垂向分量非零磁场中，运动带电粒子受洛仑兹力作用而偏转。囿于固体材料，导致在垂直电流及磁场方向电荷聚积，形成横向电场。当载流子所受横电场力与洛仑兹力相等，即达到平衡，有 。 称霍尔电场， 为载流子在电流方向上的平均漂移速度。设试样的宽度为b，厚度为d，载流子浓度为n，则 。 图1. 霍尔效应原理示意图，a）为N型（电子） b）为P型（孔穴） fe fm v -e EH A/ A B C IS V mA +e EH fe fm v IS * 实验原理与实验方法 1.1 霍尔效应Hall Effect 由 与 有 （考虑载流子的速度统计分布，需引入3π/8的修正因子。） 比例系数 =1/ne称霍尔系数。可用于： 1.判断载流子种类； 2.由 求n； 3.电导率σ与载流子浓度n及迁移率μ有σ=neμ即 ，测出σ值即可求μ 。 （σ可由在零磁场下，测量B、C电极间的电位差 ，由下式求得 ： 。） 霍尔器件厚度一定，常用 来表示器件的灵敏度，称霍尔灵敏度，单位为mV/(mA·T) 。 B0 * 实验原理与实验方法 1.2 几个系统误差及其消除：背景磁场 通常环境背景磁场主要为地磁场而不随时间变化，因而易于消去。 可以几次改变实验设置的朝向来对称地消除。 背景磁场数量级小（0.05mT左右），一般可以忽略。 如果周遭有强磁场乃至交变强磁场时，应该更换实验室。 此外，霍尔效应伴随多种与热相关的副效应，测得的霍尔电极A、A′之间的电压实为 与各副效应电压的叠加值： ·不等势电压降 ∝d ·Ettingshausen（爱廷豪森）-热电效应引起的附加电压 ∝Is·B ·Nernst(能斯特)—热磁效应直接引起的附加电压 ∝Q·B ·Righi-leduc(里纪—勒杜克)—热磁效应产生的温差引起的附加电压 ∝S·B V0 * 实验原理与实验方法 1.2 几个系统误差及其消除：不等势电压降 ∝d 由于测量霍尔电压的A、A′两电极不可能绝对对称地焊在霍尔片的两侧，位置不在一理想的等势面上，即使不加磁场，只要有电流 通过，即有电压 ＝ ·r，其中r为A、A′所在的两等势面之间电阻。 在测量 时，叠加 ，使得 值偏大（当 与 同号）或偏小（当 与 异号）。 的符号取决于 和B两者的方向，而 只与 方向有关，而与磁感应强度B方向无关，因此 可以通过改变 的方向予以消除； VE * 实验原理与实验方法 1.2 Ettingshausen-热电效应附加电压 ∝ ·B Is 载流子迁移速率存在统计分布，霍耳电压达稳定值 时，若速度为v的载流子所受洛仑兹力与霍尔电场力刚好抵消，则速度小于/大于v的载流子受到的洛仑磁力小于/大于霍尔电场的作用力，将向霍尔电场作用力/洛伦兹力方向偏转，而速度大的载流子会聚集在半导体材料的一侧,温度较高；而速度小的载流子聚集在另侧,温度较低。 由于测量电极和半导体两者材料不同,电极和半导体之间形成温差电偶,这一温差产生温差电动势 ,而产生电势差，此为Ettingshausen（爱庭豪森）效应。效应建立需要时间，采用直流电则由于该效应的存在而给霍尔电压的测