霍尔效应及霍尔元件 基本参数的测量
霍尔效应及霍尔元件 基本参数的测量
【实验目的】 ●1.了解霍耳效应实验原理以及有关霍耳器件 对材料要求的知识。 ●2.学习用对称测量法消除副效应的影响。 ●3.测绘试样的V-ls图线和V-M图线，计算 器件的霍尔系数R,和灵敏度K。 ●4根据R判断试样的导电类型、 载流子浓 度以及迁移率
【实验目的】 ⚫1.了解霍耳效应实验原理以及有关霍耳器件 对材料要求的知识。 ⚫2.学习用对称测量法消除副效应的影响。 ⚫3.测绘试样的VH-IS图线和 VH-IM 图线，计算 器件的霍尔系数RH和灵敏度KH。 ⚫4.根据RH判断试样的导电类型、载流子浓 度以及迁移率
【实验原理】 1,霍尔效应 霍尔效应从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力作用而 引起的偏转。当带电粒子（电子或空穴）被约束在固体材料中，这种 偏转就导致在垂直电流和磁场方向上产生正负电荷的聚积，从而形成 附加的横向电场，即霍尔电场。●霍尔电场Ea是阻止载流子继 续向侧面偏移，当载流子所 受的横向电场力ea与洛仑兹 力evB相等，样品两侧电荷 的积累就达到动态平衡，故 有 eE=evB (1) 设试样的宽为b,厚度为 d,载流子浓度为n,则 图1霍尔效应实验原理示意图 Is=nevbd (2) (a)载流子为电子(N型)：(b)载流子为空穴(P型)
【实验原理】 1 ．霍尔效应 霍尔效应从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力作用而 引起的偏转。当带电粒子（电子或空穴）被约束在固体材料中，这种 偏转就导致在垂直电流和磁场方向上产生正负电荷的聚积，从而形成 附加的横向电场，即霍尔电场 。 ⚫ ⚫ 霍尔电场 是阻止载流子继 续向侧面偏移，当载流子所 受的横向电场力 与洛仑兹 力 相等，样品两侧电荷 的积累就达到动态平衡，故 有 ⚫ （1） ⚫ 设试样的宽为b，厚度为 d，载流子浓度为n ，则 图1 霍尔效应实验原理示意图 ⚫ （2） （a）载流子为电子（N型）；（b）载流子为空穴（P型）
由(1)、(2) 两式可得： IsB =的1lsB-Rg物 (3) ne d 比例系数R品 称为霍尔系数，它是反映材料霍尔效应强弱的重要参数。 只要测出"a(伏)以及知道（安）、B(高斯)和d(厘米)可按下式计算 Ra(厘米3/库仑)： Va Ra-1gB ×108 (4) 2.霍尔系数与其它参数间的关系 根据R:可进一步确定以下参数： (1)由Ra的符号（或霍尔电压的正负）判断样品的导电类型。判别的 方法是按图1所示的1和B的方向，若测得的'a="a<0,即A点电位高于 点的电位，则a为负，样品属N型；反之则为P型
由（1）、（2）两式可得： （3） 比例系数 称为霍尔系数，它是反映材料霍尔效应强弱的重要参数。 只要测出 （伏）以及知道 （安）、（高斯）和 （厘米）可按下式计算 （厘米3／库仑）： （4） 1 RH ne = 2．霍尔系数与其它参数间的关系 根据 可进一步确定以下参数： （1）由 的符号（或霍尔电压的正负）判断样品的导电类型。判别的 方法是按图1所示的 和 的方向，若测得的 即 点电位高于 点的电位，则 为负，样品属N型；反之则为P型
1 (2)由RH求载流子浓度n。即”=e。应该指出，这个关系式是假定 所有载流子都具有相同的漂移速度得到的，严格一点，如果考虑载流子 的速度统计分布，需引入如的修正因子（可参阅黄昆、谢希德著《半 导体物理学》)。 (3)结合电导率的测量，求载流子的迁移率“。电导率σ与载流子浓度 n以及迁移率“之间有如下关系： 口=2eH (5) 即4=IRa口，测出σ值即可求4。 3.霍尔效应与材料性能的关系 根据上述可知，要得到大的霍尔电压，关键是要选择霍尔系数大（即迁移 率高、电阻率亦较高)的材料。因1R:卡4，就金属导体而言，迁移率和电阻率 均很低，而不良导体电阻率虽高，但迁移率极小，因而这两种材料的霍尔系数 都很小，不能用来制造霍尔器件。半导体迁移率高，电阻率适中，是制造霍尔 元件较理想的材料，由于电子的迁移率比空穴迁移率大，所于霍尔元件多采用 N型材料，其次霍尔电压的大小与材料的厚度成反比，因此薄膜型的霍尔元件 的输出电压较片状要高得多
（２）由RH求载流子浓度n。即 。应该指出，这个关系式是假定 所有载流子都具有相同的漂移速度得到的，严格一点，如果考虑载流子 的速度统计分布，需引入 的修正因子（可参阅黄昆、谢希德著《半 导体物理学》）。 （3）结合电导率的测量，求载流子的迁移率 。电导率 与载流子浓度 n以及迁移率 之间有如下关系： （5） 即 ＝ ，测出 值即可求 。 1 H n R e = 3 8 3．霍尔效应与材料性能的关系 根据上述可知，要得到大的霍尔电压，关键是要选择霍尔系数大（即迁移 率高、电阻率亦较高）的材料。因 ，就金属导体而言，迁移率和电阻率 均很低，而不良导体电阻率虽高，但迁移率极小，因而这两种材料的霍尔系数 都很小，不能用来制造霍尔器件。半导体迁移率高，电阻率适中，是制造霍尔 元件较理想的材料，由于电子的迁移率比空穴迁移率大，所于霍尔元件多采用 N型材料，其次霍尔电压的大小与材料的厚度成反比，因此薄膜型的霍尔元件 的输出电压较片状要高得多