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188宝金博页面版: 用霍尔效应法测磁场分布

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内容提示: 实验十四 用霍尔效应法测磁场分布 测量磁场有许多方法, 如霍尔效应法、 感应法、 冲击法和核磁共振法等。 选用什么方法取决于被测磁场的类型和强弱。 本实验主要介绍霍尔效应法。 它具有测量原理和方法简单、探头体积小、 测量敏捷, 并能直接连续读数等优点。 利用霍尔效应还可制成测量磁场的特斯拉计(又称高斯计), 可测量半导体材料参数等。 [实验目的] 1. 了解利用霍尔效应法测量磁场的原理以及有关霍尔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, 测试霍尔器件的和曲线。 3. 测试螺线管内部的 B-X(水平磁场分布) 曲线。 ...

文档格式:TXT | 页数:5 | 浏览次数:46 | 上传日期:2015-01-21 14:14:38 | 文档星级:
实验十四 用霍尔效应法测磁场分布 测量磁场有许多方法, 如霍尔效应法、 感应法、 冲击法和核磁共振法等。 选用什么方法取决于被测磁场的类型和强弱。 本实验主要介绍霍尔效应法。 它具有测量原理和方法简单、探头体积小、 测量敏捷, 并能直接连续读数等优点。 利用霍尔效应还可制成测量磁场的特斯拉计(又称高斯计), 可测量半导体材料参数等。 [实验目的] 1. 了解利用霍尔效应法测量磁场的原理以及有关霍尔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, 测试霍尔器件的和曲线。 3. 测试螺线管内部的 B-X(水平磁场分布) 曲线。 [实验原理] 1. 霍尔效应 将通有电流的半导体薄片置于匀强磁场中, 如图 14-1 所示。 如果电流 I 沿 X 方向, 磁场B 沿 Z 方向, 则在 y 方向上的两截面(M, N) 间就会有电位差出现, 这种现象是霍尔在 1879年发现的, 故称霍尔效应。 横向电位差 VH 称为霍尔电压。 该半导体薄片称为霍尔元件。 霍尔效应是运动载流子(电子或空穴) 在磁场中受到洛仑兹力的作用而产生的。 2. 霍尔电压 VH 与外磁场 B 的关系(特斯拉计原理) 若霍尔元件为宽 l, 厚 h 的 N 型半导体, 如图 14-1(a) 所示。 设电子的电荷为 e , 速度为 v, 它在磁场中受到的洛仑兹力 Fm= - ev×B, 并指向 M 面, 造成电子流发生偏转, 而有部分电子聚积于 M面上, 使 M, N之间建立了电场 E, 该电场又对电子具有反方向的静电力 Fe=eE,随着电子向 M 侧继续积累, 该电场也逐渐增强。 直到 Fe= - Fm, 达到平衡, 在 M, N 间形成稳定的霍尔电场 EH。 于是在霍尔片 M, N 间产生一稳定的电位差 VH, 此即为霍尔电压。 这时: - eEH = Fe = - Fm = ev×B EH = -v×B 当三者互相垂直时, 霍尔电场为 EH = vB 并指向 y 轴负向。 在 M, N 间产生的霍尔电压为 VH = l EH = lv B 设该片电子浓度为 n, 则有 I = nevlh 所以霍尔电压为 (14-1) 式中称为霍尔系数, 它决定于材料的性质(种类、 截流子浓度等); 称为霍尔灵敏度, 它决定于材料的性质和几何尺寸, 对于确定的霍尔片来说它 是一个常 数, 现常 用单位是mV/(mA· kGs) , 或 mV/(mA· T) 。 由式(14-1) 可知, 对于选定的霍尔元件其 n, e, h 为定值, 即 KH 值为已知。 若测得通过霍尔元件的控制电流 IS 和相应的 VH 值, 即可求出霍尔元件所处外磁场的磁感应强度 B, 即 (14-2) 反之, 若 B 已知, 测得了 IS 与相应的 VH 值, 即可测定该霍尔片的灵敏度 KH, 即 (14-3) 若对选定的霍尔片, 保持通过它的控制电流 IS 值不变, 则霍尔电压 VH 与被测磁感应强度 B 成正比。 若将测得的 VH 值进行放大, 用电表来指示, 并通过一定的换算而在电表的表盘上直接以 B 值来标度, 这样就制成了特斯拉计。 3. 半导体材料导电类型的确定 霍尔电压还与载流子电荷的正负号有关。 载流子若为电子, RH 为负值, 则 VH<0; 反之,载流子为空穴, RH 为正值, 则 VH>0。 若实验中能测出 I、 B 的方向, 就可以判断 VH 的正负,

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