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[!--downpath--]化学实验报告
二、实验目的：
1、了解霍尔效应形成原理；
2、测量霍尔器件的、曲线,了解霍尔电流与霍尔器件工作电压、直螺线管的电枢电压间的关系；
3、学习用霍尔器件检测磁感应硬度的原理和方式,检测长直螺旋管轴向磁感应硬度及分布；
4、学习用对称交换检测法（异号法）去除负效应形成的系统偏差.
三、仪器用品：YX-04型霍尔效应实验仪（仪器资产编号）
四、实验原理：
1、霍尔效应现象及物理解释
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造成的偏转.当带电粒子（电子或空穴）被约束在固体材料中,这些偏转就造成在垂直于电压和磁场的方向上形成正负电荷的积聚,因而产生附加的纵向电场.对于图1所示.
半导体样品,若在x方向通以电压,在z方向加磁场,则在y方向即样品A、A′电极一侧就开始积聚异号电荷而形成相应的电场,电场的指向取决于样品的导电类型.其实,当栅极所受的纵向电场力时电荷不断积聚,电场不断强化,直至样品两边电荷的积累就达到平衡,即样品A、A′间产生了稳定的电势差（霍尔电流）.
设为霍尔电场,是自旋在电压方向上的平均甩尾速率；样品的厚度为,长度为,自旋含量为,则有：
（1－1）
由于,,又按照,则
（1－2）
其中称为霍尔系数,是反映材料霍尔效应强弱的重要参数.只要测出、以及晓得和,可按下式估算：
（1－3）
（1—4）
为霍尔器件灵敏度.按照RH可进一步确定以下参数.
（1）由的符号（霍尔电流的正负）判定样品的导电类型.判断的方式是按图1所示的和的方向（即检测中的＋,＋）,若测得的＜0（即A′的电位高于A的电位）,则样品属N型,反之为P型.
（2）由求氮化物含量,即.应当强调,这个关系式是假设所有自旋都具有相同的飘移速率得到的.严格一点,考虑自旋的速率统计分布,需引入的修正因子（可参阅黄昆、谢希德著《半导体化学学》）.
（3）结合浊度率的检测,求自旋的迁移率.浊度率与氮化物含量以及迁移率之间有如下关系：
（1－5）
2、霍尔效应中的副效应及其清除方式
上述推论是从理想情况出发的,实际情况要复杂得多.形成上述霍尔效应的同时还伴随形成四种副效应,使的检测形成系统偏差,如图2所示.
（1）厄廷好森效应导致的电势差.因为电子实际上并非以同一速率v沿y轴负向运动,速率大的电子回转直径大,能较快地抵达接点3的侧面,因而造成3侧面较4侧面集中较多能量高的电子,结果3、4侧面出现温差,形成温差电动势.可以证明.的正负与和的方向有关.
（2）能斯特效应导致的电势差.焊点1、2间接触内阻可能不同,通电发热程度不同,故1、2两点间气温可能不同,于是导致热扩散电压.与霍尔效应类似,该热扩散电压也会在3、4点间产生电势差.若只考虑接触内阻的差别,则的方向仅与磁场的方向有关.
（3）里纪-勒杜克效应形成的电势差.上述热扩散电压的自旋因为速率不同,按照厄廷好森效应同样的理由,又会在3、4点间产生温差电动势.的正负仅与的方向有关,而与的方向无关.
（4）不等电势效应导致的电势差.因为制造上的困难及材料的不均匀性,3、4两点实际上不可能在同一等势面上,只要有电压沿x方向流过,虽然没有磁场,3、4两点间也会出现电势差.的正负只与电压的方向有关物理实验 霍尔效应,而与的方向无关.
综上所述物理实验 霍尔效应,在确定的磁场和电压下,实际测出的电流是霍尔效应电流与副效应形成的附加电流的代数和.可以通过对称检测方式,即改变和磁场的方向加以清除和减少副效应的影响.在规定了电压和磁场正、反方向后,可以检测出由下述四组不同方向的和组合的电流.即：
,：
,：
,：
,：
之后求,,,的代数平均值得：
通过上述检测方式,即使不能清除所有的副效应,但较小,引入的偏差不大,可以忽视不计,因而霍尔效应电流可近似为
（1－6）
3、直螺线管中的磁场分布
1、以上剖析可知,将通电的霍尔器件放置在磁场中,已知霍尔器件灵敏度,检测出和,就可以估算出所处磁场的磁感应硬度.
（1－7）
2、直螺旋管离中点处的轴向磁感应硬度理论公式：
（1－8）
式中,是磁介质的磁导率,为螺旋管的阻值,为通过螺旋管的电压,为螺旋管的厚度,是螺旋管的外径,为离螺旋管中点的距离.
X=0时,螺旋管中点的磁感应硬度
（1－9）
五、实验内容：
检测霍尔器件的、关系；
1、将测试仪的“调节”和“调节”旋钮均置零值（即逆秒针旋究竟）,极性开关选择置“0”.
2、接通电源,电压表显示“0.000”.有时,调节电位器或调节电位器起点不为零,将出现电压表指示末位数不为零,亦属正常.电流表显示“0.0000”.
3、测定关系.取＝900mA,保持不变；霍尔器件放在螺旋管中点（二维联通尺水平方向14.00cm处与读数零点对齐）.顺秒针转动“调节”旋钮,依次取值为1.00,2.00,…,10.00mA,将和极性开关选择置“＋”和“－”改变与的极性,记录相应的电流表读数值,填入数据记录表1.
4、以为横座标,为纵座标作图,并对曲线作定性讨论.
5、测定关系.取=10mA,保持不变；霍尔器件放在螺旋管中点（二维联通尺水平方向14.00cm处与读数零点对齐）.顺秒针转动“调节”旋钮,依次取值为0,100,200,…,900mA,将和极性开关择置“＋”和“－”改变与的极性,记录相应的电流表读数值,填入数据记录表2.
6、以为横座标,为纵座标作图,并对曲线作定性讨论.
检测长直螺旋管轴向磁感应硬度
1、取=10mA,＝900mA.
2、移动水平调节螺丝,使霍尔器件在直螺线管中的位置（水平联通游标尺上读出）,先从14.00cm开始,最后到0cm点.改变和极性,记录相应的电流表读数值,填入数据记录表3,估算出直螺旋管轴向对应位置的磁感应硬度.
3、以为横座标,为纵座标作图,并对曲线作定性讨论.
4、用公式（1－8）估算长直螺旋管中心的磁感应硬度的理论值,并与长直螺旋管中心磁感应硬度的检测值比较,用百分偏差的方式表示检测结果.式中,其余参数详见仪器标牌所示.
六、注意事项：
1、为了清除副效应的影响,实验中采用对称检测法,即改变和的方向.
2、霍尔器件的工作电压引线与霍尔电流引线不能弄错；霍尔器件的工作电压和螺线管的电枢电压要分清,否则会烧毁霍尔器件.
3、实验间隙要断掉螺线管的电枢电压与霍尔器件的工作电压,即和的极性开关置0位.
4、霍耳器件及二维联通尺容易扭断、变形,要注意保护,应注意防止挤压、碰撞等,不要用手触摸霍尔器件.
七、数据记录：KH=23.09,N=3150匝,L=280mm,r=13mm
表1关系（=900mA）
（mV）（mV）（mV）（mV）
1.000.28-0.270.31-0.300.29
2.000.59-0.580.63-0.640.61
3.000.89-0.870.95-0.960.90
4.001.20-1.161.27-1.291.23
5.001.49-1.461.59-1.611.54
6.001.80-1.771.90-1.931.85
7.002.11-2.072.22-2.252.17
8.002.41-2.382.65-2.542.47
9.002.68-2.692.84-2.872.77
10.002.99-3.003.17-3.193.09
表2关系（=10.00mA）
（mV）（mV）（mV）（mV）
0-0.100.080.14-0.160.12
1000.18-0.200.46-0.470.33
2000.52-0.540.80-0.790.66
3000.85-0.881.14-1.151.00
4001.20-1.221.48-1.491.35
5001.54-1.561.82-1.831.69
6001.88-1.892.17-2.162.02
7002.23-2.242.50-2.512.37
8002.56-2.582.84-2.852.71
9002.90-2.923.18-3.203.05
表3关系=10.00mA,=900mA
（mV）（mV）（mV）（mV）B×10-3T
00.54-0.56-0.73-0.742.88
0.50.95-0.991.17-1.184.64
1.01.55-1.581.80-1.757.23
2.02.332.37-2.88-2.5210.57
4.02.74-2.792.96-2.9412.30
6.02.88-2.923.09-3.0812.90
8.02.91-2.953.13-3.1113.10
10.02.92-2.963.13-3.1313.10
12.02.94-2.993.15-3.0613.20
14.02.96-2.993.16-3.1713.3
八、数据处理：（画图用座标纸）
九、实验结果：
实验表明：霍尔电流与霍尔器件工作电压、直螺线管的电枢电压间成线性的关系.
长直螺旋管轴向磁感应硬度：
B=UH/KH*IS=1.33x10-2T
理论值比较偏差为:E=5.3%
十、问题讨论（或思索题）：
参考资料：网站:中有好多