霍尔效应及其应用制作人：刘兰君河南工程学院大学物理实验示范中心

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霍尔效应是美国物理学家霍尔 (Hall) 1879年在美国霍普金斯大学读研究生期间，研究关于载流导体在磁场中的受力性质时发现的一种现象。霍尔效应在磁场等物理量的测试、自动化和信息技术等方面有着极其广泛的应用。【实验目的】 1、了解霍尔效应实验原理以及有关霍尔器件对材料要求的知识。 2、学习用“对称交换测量法”消除负效应的影响，测量式样的VH-IS和VH-IE曲线。 3、确定霍尔元件的导电类型，测量其霍尔系数、载流子浓度以及迁移率。

【实验原理】 • 霍耳效应从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受洛伦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，即霍耳电场。由此形成的电压称为霍尔电压。

（a）载流子为电子（N型） （b）载流子为空穴（P型）霍尔效应实验原理示意图

N型半导体： q=-e, 电子运动方向与电流相反。磁场：霍尔电场：内力平衡：

设试样的宽为b，厚度为d，载流子浓度为n，则：设试样的宽为b，厚度为d，载流子浓度为n，则：所以称为霍尔系数，它是反映霍尔效应强弱的重要参量。

只要测出 (伏)以及知道 (安)、B(高斯)和d(厘米)，可按下式计算 ( ): 是由于磁感应强度B用电磁单位(高斯)而其他各量均采用C、G、S实用单位而引入的。 • 样品的导电类型对霍尔电压的影响由RH的符号（或霍尔电压的正、负）判断: 若测得的VH=VA‘A＜0，（即点A’的电位低于点A的电位）则为负，样品属N型，反之则为P型。

由RH求载流子浓度n 这个关系式是假定所有的载流子都具有相同的漂移速度得到的。 • 载流子的迁移率μ 结合电导率的测量，求电导率σ与载流子浓度n及迁移率μ之间有如下关系 μ=σRH

实验中的负效应 在产生霍耳效应的同时，因伴随着各种副效应。 1.不等势电压（电极位置上下不一致） 2.热磁效应的直接附加电压（两电极电阻不等，发热不同）。 3.热磁效应的热效应的附加电压消除负效应的办法采用电流和磁场换向的对称测量法，基本上能把副效应的影响从测量结果中消除。

【实验仪器】 TH-H型霍尔效应测试仪、实验仪

霍尔效应实验仪示意图

实验内容 1.开、关机前，测试仪的“调节”和“调节”旋钮均置零位。 2.接通电源，预热数分钟。 3.保持磁场电流IM＝0.60A不变，改变电流Is,测量对应的霍尔电压VH，绘制VH-IS曲线。 4. 保持电流IS＝3.00mA不变，改变电流IM,测量对应的霍尔电压VH，绘制VH-IM曲线。

5.测量霍尔片上的电压降（水平方向）Vσ 。 6.确定霍尔样品的导电类型。 7.求样品的 8.测量时，电磁铁气隙中磁感应强度B的大小及分布情况。将霍尔元件从中心向边缘移动，每隔5mm选择一个点测出相应的霍尔电压。计算出各点的磁感应强度，并绘出B—X图。

注意事项 1.电流和磁场的正负：电流、磁场的闸刀向上合时，均为正。 2.测量A、C间的电位差Vσ时，中间闸刀要向下合。 3.注意记录线圈的磁场系数。 4.Is和IM的读数时，要注意对应的按钮开关。

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