霍尔元件基本参数测量
实验名称：霍尔组件基本参数测量
仪器与用具：TH-H 霍尔效应实验组合仪
实验目的：1、了解霍尔效应实验原理 2、学习“对称法”消除副效应影响的方法 3、测量霍尔系数、确定样品导电类型、计算霍尔组件灵敏度等
实验报告内容（原理预习、操作步骤、数据处理、误差分析、思考题解答） 【实验原理】：
通有电流I S 的半导体薄片置于与它垂直的磁场B 中，在薄片的两测就会产生电势差U H —霍尔电势差，这种现象叫霍尔效应。
霍尔效应产生的原因，是因为形成电流的载流子在磁场中运动时，受到洛沦兹力F=qv ×B 的作用,正、负电荷在样品两测边界聚集，形成横向电场E H —霍尔电场，产生霍尔电势差U H 。
载流子除受到洛沦兹力F=qv ×B 的作用外，还受横向电场力Fe=eE H 的作用，当受到洛沦兹力与横向电场力大小相等时，即
eE H =qv ×B (4.7.1) 样品两测边界聚集的电荷不再变化，达到平衡。
样品中电流强度： I S =nevbd ( 4.7.2) 样品中横向电场E h 可认为是匀强电场，则有： U H =E h b=ne
1=R H d B
I s （4.7.3）
基本参数： 1、霍尔系数R H
霍尔系数定义： R H =
ne
1
由材料的性质(载流子密度)决定,反映材料的霍尔效应强弱。 由（4.7.3）得 R H =
IsB
d U H 上式提供了测量霍尔系数R H 的方法。 2、根据R H 的符号判断样品导电类型N 、P
半导体材料有N 型和P 型两种，将测的U H 、I S 、B 带入 R H =
IsB
d
U H 得数为正时，样品为P 型半导体，得数为正时，样品为P 型半导体。
3、件的灵敏度K K=
ned
d B H 1
=
霍尔元件的灵敏度K 与载流子浓度n 和样品厚度d 有关，由于半导体内载流子浓度远小于金属，所以选用半导体材料制作霍尔元件，厚度一般只有0.2mm 。 4、载流子浓度n n=
e
R H 1
上式提供了用霍尔效应实验测量并计算载流子浓度的重要方法。 5、电导率σ，迁移率μ σ=1/ρ=
bd
U l
I s σ 6、消除霍尔元件副效应影响
实验中测量的霍尔元件两测的电势差U ，除霍尔电势差U H 外，还会有一些热磁副效应附加的一些电势差，这些附加电势差的方向与B 、I S 的方向有关，应用表4.7.1中对称测量法可基本消除这些影响。 【操作步骤】：
1、按仪器接口名称指示接好线路（注意不要接错，否则会损毁霍尔元件），I S 、I M 调节旋扭逆时针方向旋到底，开机预热几分钟。
2、调节I M =0.6A 并保持不变, “功能切换”开关和中间铡刀开关分别扳向“U H ”，IS 分别取1.00mA 、1.50mA 、2.00 mA 、2.50mA 、3.00mA 、3.50mA ，分别测出U H 值，每组U H 值I S 、B 方向进行4种组合，分别测出U 1、U 2、U
3、U 4值，填入表4.7.1中。
3、调节Is=0.6A 并保持不变, “功能切换”开关和中间铡刀开关位置保持不变，I M 分别取0.300A 、0.400A 、0.500A 、0.600A 、0.700A 、0.800A 时测出U H ，测量数据记入表4.7.2中。
4、在零磁场下（I M 输入开关空位），取Im=1.5mA, 中间铡刀开关置“U σ”置，分别测量Is 正、反方向的U σ值，记入表4.7.3中。 【数据处理】：
表4.7.1 I M =0.6A
由上图：S H I U =1050.308.14 ?=4.023×10－3 R H1= S H I U M
KI d =4.02×10－3
6.0502.03105.0??－=6.67×10－3
表4.7.2 I s =3.00mA
?=??=?=08.20502.08.010068.16K I U B U M H H １10—3 R H2==S
H I d B U 20.08×10—3103105.0??=6.92×10－3 表4.7.3 I s =0.15mA
（1）霍尔系数R H
R H =
=+=+2
92.667.6221H H R R 6.795×10－
3 （2）根据R H 的符号判断样品导电类型N 、P
（3）件的灵敏度 K
物理实验中心
实验名称：霍尔组件基本参数测量 姓名：李 昊 时间代码：0612109876 K=
=d
B H 6.795×10－3/0.5×10－3
=13.59 （4）载流子浓度n n=e
R H 1
=1/6.795×10－3×1.6×10－19=9.2×1020 （5）电导率σ σ=1/ρ=
bd
U l
I s σ=0.15×10－3×3×10－ /0.1×10－3×4×10－3×0.5×10－3
=2.25×103（1/Ωm ） (6)迁移率μ
μ=R H σ=6.795×10－3×2.25×103=15.29（1/T ） 【误差分析】
1、测量仪器精度不够，部分数据只能显示2位有效数字，经运算后产生误差较大。
2、做图时精度不够造成误差。
【思考题】
1、霍尔电压是如何产生的？它的大小、正负与那些因素有关？
答：形成电流的载流子，在半导体薄片中运动时，受磁场的洛仑兹力作用，向薄片两测发生偏转，两测分别聚集正、副电荷，形成电场，从而产生电势差。
2、列出霍尔系数、栽流子浓度、电导率及迁移率的计算公式，注明单位。 答：霍尔系数R H ： R H =
IsB d
U H （Ω.m/T ） 载流子浓度n: n=e
R H 1
(个/m 3)
电导率σ： σ=bd
U l
I s σ （1/Ω.m ）
迁移率μ μ=R H σ （1/T ）
【测试题】
1、如何利用霍尔效应实验，判断半导体导电类型（N、P）。
答：伸出左手，让磁感线穿过手心，四指指向电流方向，如姆指指向与霍尔电势差方向相同，则为N型半导体，如姆指指向与霍尔电势差方向相反，则为P型半导体。
2、测量霍尔电势差时存在那些副效应影响？如何消除这些影响？
答：测量霍尔电势差时会产生一些热磁副效应，给测量带来误差，如爱廷豪森效应、能斯托效应等，这些副效应产生的电势差的方向，与I S、B的方向有关。可采用对称测量法，分别改变I S、B的方向组合，测出U1 、U2、U3、U4，求平均值（绝对值相加），得到U H。
这样就消除了大部分副效应影响。