霍爾效應(yīng)及霍爾元件

基本參數(shù)的測量

【實驗?zāi)康摹?.了解霍耳效應(yīng)實驗原理以及有關(guān)霍耳器件對材料要求的知識。2.學(xué)習用對稱測量法消除副效應(yīng)的影響。3.測繪試樣的VH-IS圖線和VH-IM

圖線，計算器件的霍爾系數(shù)RH和靈敏度KH。4.根據(jù)RH判斷試樣的導(dǎo)電類型、載流子濃度以及遷移率。【實驗原理】1．霍爾效應(yīng)霍爾效應(yīng)從本質(zhì)上講是運動的帶電粒子在磁場中受洛侖茲力作用而引起的偏轉(zhuǎn)。當帶電粒子（電子或空穴）被約束在固體材料中，這種偏轉(zhuǎn)就導(dǎo)致在垂直電流和磁場方向上產(chǎn)生正負電荷的聚積，從而形成附加的橫向電場，即霍爾電場。

霍爾電場是阻止載流子繼續(xù)向側(cè)面偏移，當載流子所受的橫向電場力與洛侖茲力相等，樣品兩側(cè)電荷的積累就達到動態(tài)平衡，故有（1）設(shè)試樣的寬為b，厚度為d，載流子濃度為n，則（2）圖1霍爾效應(yīng)實驗原理示意圖（a）載流子為電子（N型）；（b）載流子為空穴（P型）由（1）、（2）兩式可得：

（3）

比例系數(shù)稱為霍爾系數(shù)，它是反映材料霍爾效應(yīng)強弱的重要參數(shù)。只要測出（伏）以及知道（安）、（高斯）和（厘米）可按下式計算（厘米3／庫侖）：

（4）2．霍爾系數(shù)與其它參數(shù)間的關(guān)系

根據(jù)可進一步確定以下參數(shù)：

（1）由的符號（或霍爾電壓的正負）判斷樣品的導(dǎo)電類型。判別的方法是按圖1所示的和的方向，若測得的即點電位高于點的電位，則為負，樣品屬N型；反之則為P型。（２）由RH求載流子濃度n。即。應(yīng)該指出，這個關(guān)系式是假定所有載流子都具有相同的漂移速度得到的，嚴格一點，如果考慮載流子的速度統(tǒng)計分布，需引入的修正因子（可參閱黃昆、謝希德著《半導(dǎo)體物理學(xué)》）。（3）結(jié)合電導(dǎo)率的測量，求載流子的遷移率。電導(dǎo)率與載流子濃度n以及遷移率之間有如下關(guān)系：（5）即＝，測出值即可求。3．霍爾效應(yīng)與材料性能的關(guān)系

根據(jù)上述可知，要得到大的霍爾電壓，關(guān)鍵是要選擇霍爾系數(shù)大（即遷移率高、電阻率亦較高）的材料。因，就金屬導(dǎo)體而言，遷移率和電阻率均很低，而不良導(dǎo)體電阻率雖高，但遷移率極小，因而這兩種材料的霍爾系數(shù)都很小，不能用來制造霍爾器件。半導(dǎo)體遷移率高，電阻率適中，是制造霍爾元件較理想的材料，由于電子的遷移率比空穴遷移率大，所于霍爾元件多采用N型材料，其次霍爾電壓的大小與材料的厚度成反比，因此薄膜型的霍爾元件的輸出電壓較片狀要高得多?！緦嶒炑b置】

霍爾效應(yīng)實驗儀示和測試儀意圖TH-H型霍爾效應(yīng)組合實驗儀由實驗儀和測試儀兩大部分組成。⑴勵磁恒流源：輸出電流：0—10A，示值誤差為末位±1（mA）⑵樣品工作恒流源：輸出電流：0—10mA，示值誤差為末位±1（10μA）⑶直流數(shù)字毫伏表：測量范圍：±10mV示值誤差為末位±1（10μV）然后求、、和的代數(shù)平均值。（6）

通過上述的測量方法，雖然還不能消除所有的副效應(yīng)，但其引入的誤差不大，可以略而不計。

實驗方法（1）霍爾電壓的測量方法值得注意的是，在產(chǎn)生霍爾效應(yīng)的同時，因伴隨著各種副效應(yīng)，以致實驗測得的、兩極間的電壓并不等于真實的霍爾電壓值，而是包含著各種副效應(yīng)所引起的附加電壓，因此必須設(shè)法消除。根據(jù)副效應(yīng)產(chǎn)生的機理可知，采用電流和磁場換向的對稱測量法，基本上能把副效應(yīng)的影響從測量結(jié)果中消除。即在規(guī)定了電流和磁場正、反方向后，分別測量由下列四組不同方向的和組合的（、兩點的電位差）即：（2）電導(dǎo)率和遷移率μ的測量s(單位或）所以，遷移率μ與載流子濃度n之間的關(guān)系為：（8）

【實驗內(nèi)容】⒈實驗中變換Is和IM的方向測出VH四個的值取平均，這樣做可以消除哪些因素引起的誤差？如果+B、+Is與-B

、-Is的數(shù)值相差較多，這主要是由哪種因素引起的？如果+B

、-Is與-B

、+Is的