用霍爾效應(yīng)測量磁場分布

1、1用霍爾效應(yīng)測量磁場分布霍爾效應(yīng)是美國科學(xué)家霍爾于1879年發(fā)現(xiàn)的。由于它揭示了運動的帶電粒子在外磁場中因受洛倫茲力的作用而偏轉(zhuǎn)，從而在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生電勢差的規(guī)律，因此該效應(yīng)在科學(xué)技術(shù)的許多領(lǐng)域（測量技術(shù)、電子技術(shù)、自動化技術(shù)等）中都有著廣泛的用途?，F(xiàn)在霍爾效應(yīng)產(chǎn)品已經(jīng)在自動化和信息技術(shù)中得到了廣泛地應(yīng)用。特別是在用計算機進行四遙（遙測、遙控、遙信、遙調(diào)）監(jiān)控的一些現(xiàn)代化設(shè)備中，應(yīng)用磁平衡和磁比例式原理研制的霍爾電壓傳感

2、器、霍爾電流傳感器和霍爾開關(guān)量傳感器進行靜電（直流）隔離，實現(xiàn)了直流電壓高精度的隔離傳送和檢測，直流電流高精度的隔離檢測和監(jiān)控量越限時準確的隔離報警。從而在我國引起了許多科技人員對霍爾效應(yīng)、霍爾元件以及應(yīng)用霍爾效應(yīng)的實用知識和實用技術(shù)的關(guān)注。本實驗通過研究霍爾電壓與工作電流的關(guān)系，霍爾電壓與磁場的關(guān)系以及消除霍爾效應(yīng)的副效應(yīng)的方法，從實驗中認識霍爾效應(yīng)，為在自動檢測、自動控制和信息技術(shù)中應(yīng)用霍爾效應(yīng)打下一個良好的基礎(chǔ)。1897年，霍爾設(shè)

3、計了一個根據(jù)運動載流子在外磁場中的偏轉(zhuǎn)來確定在導(dǎo)體或半導(dǎo)體中占主導(dǎo)地位的載流子類型的實驗。在研究通有電流的導(dǎo)體在磁場中的受力時，發(fā)現(xiàn)在垂直于磁場和電流的方向上產(chǎn)生了電動勢，這個電磁效應(yīng)稱為“霍爾效應(yīng)”。在半導(dǎo)體材料中，霍爾效應(yīng)比在金屬中大幾個數(shù)量級，引起人們對它的深入研究?；魻栃?yīng)的研究在半導(dǎo)體理論的發(fā)展中起到了重要的推動作用。直到現(xiàn)在，霍爾效應(yīng)的研究仍是研究半導(dǎo)體性質(zhì)的重要實驗方法。利用霍爾系數(shù)和導(dǎo)電率的聯(lián)合測量，可以用來研究半導(dǎo)體的

4、到點機構(gòu)、散射機構(gòu)，并可以確定半導(dǎo)體的一些基本參數(shù)，如半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電類型、載流子濃度、遷移率大小、禁帶寬度、雜質(zhì)電離能等?！緦嶒?zāi)康摹俊緦嶒災(zāi)康摹浚?）掌握霍爾元件的工作原理。（2）學(xué)習(xí)用霍爾元件測量磁場的原理和方法。（3）學(xué)習(xí)用霍爾元件測繪載流圓線圈和亥姆霍茲線圈的磁場分布。（4）學(xué)習(xí)用霍爾元件測繪螺線管磁場分布?！緦嶒炘怼俊緦嶒炘怼炕魻栃?yīng)從本質(zhì)上講，是運動的帶電粒子在磁場中受洛侖茲力的作用而引起的偏轉(zhuǎn)。當帶電粒子（電子或空穴

5、）被約束在固體材料中，這種偏轉(zhuǎn)就導(dǎo)致在垂直電流和磁場的方向上產(chǎn)生正負電荷的聚積，從而形成附加的橫向電場。對于（圖151）所示的半導(dǎo)體試樣，若在X方向通以電流I，在Z方向加磁場B，則在Y方向即試樣A、A?電極兩側(cè)就開始聚積異號電荷而產(chǎn)生相應(yīng)的附加電場。電場的指向取決于試樣的導(dǎo)電類型。顯然，該電場是阻止載流子繼續(xù)向側(cè)面偏移，當載流子所受的橫向電場力與洛侖茲力相等HeE?eVB時，樣品兩側(cè)電荷的積累就達到平衡，故有：（151）HeEeVB??

6、其中為霍爾電場，是載流子在電流方向上的平均漂移速度。HE?V設(shè)試樣的寬為b，厚度為d，載流子濃度為n，則（152）SIneVbd?由（151）、（152）兩式可得：（153）1SSHHHIBIBVEbRnedd????31、可調(diào)移動尺0170mm和霍爾元件組成2、螺線管和亥姆霍茲線圈3、霍爾電壓、霍爾電流、勵磁電流換向開關(guān)【儀器介紹】【儀器介紹】主機單元１、IM電流01A電流輸出及顯示主要用于螺線管和亥姆霍茲線圈２、IS電流010mA電

7、流輸出及顯示主要用于霍爾元件工作電流３、VH電壓0200mV電壓顯示主要用于霍爾元件測量電壓附件單元1、可調(diào)移動尺0170mm和霍爾元件組成2、螺線管和亥姆霍茲線圈3、霍爾電壓、霍爾電流、勵磁電流換向開關(guān)【預(yù)習(xí)思考題】【預(yù)習(xí)思考題】1如果磁場不恰好垂直于霍爾片，對測量結(jié)果有何影響？2為什么制備霍爾元件的材料通常是半導(dǎo)體而不是金屬？【注意事項】【注意事項】1、測繪B→X曲線時，螺線管口附近磁場強度變化大，應(yīng)多測幾點。2、單線圈、雙線圈和螺

8、線管不要長時間通過大電流，以免線圈發(fā)熱。3、不要將IM電流輸出接入霍爾片上，以免霍爾元件燒壞?！緦嶒瀮?nèi)容與步驟】【實驗內(nèi)容與步驟】注：開機前以及開始任何實驗分項前請務(wù)必把所有旋鈕旋至最小位置。注：開機前以及開始任何實驗分項前請務(wù)必把所有旋鈕旋至最小位置。（一）霍爾及螺線管磁場分布實驗（一）霍爾及螺線管磁場分布實驗實驗前將IS調(diào)節(jié)旋鈕、IM調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)為零，將電源與附件相連，開機預(yù)熱10分鐘，。實驗一、測實驗一、測VH—IS曲線曲線將實驗裝