霍尔效应实验

如图（3）所示，由于元件的测量霍尔电压的A、A′两电极不可能绝对对称地焊在霍尔片的两侧，位置不在一个理想的等势面上，因此，即使不加磁场，只要有电流Is通过，就有电压Vo＝Is r产生，其中r为A、A′所在的两个等势面之间的电阻，结果在测量VH时，就叠加了Vo，使得VH值偏大，（当Vo与VH同号）或偏小（当Vo与VH异号）。由于目前生产工艺水平较高，不等势电压很小，像本实验用的霍尔元件试样N型半导体硅单晶切薄片只有几百微伏左右，故一般可以忽略不计，也可以用一支电位器加以平衡。在本实验中，VH的符号取决于Is和B两者的方向，而Vo只与Is的方向有关，而与磁感应强度B的方向无关，因此Vo可以通过改变Is的方向予以消除。

（2）热电效应引起的附加电压VE

V 服从统计分布规律，构成电流的如图（4）所示，由于实际上载流子迁移速率

载流子速度不同，若速度为v的载流子所受的洛仑兹力与霍尔电场的作用力刚好抵消，则速度小于v的载流子受到的洛仑磁力小于霍尔电场的作用力，将向霍尔电场作用力方向偏转，速度大于v的载流子受到的洛仑磁力大于霍尔电场的作用力，将向洛仑磁力力方向偏转。这样使得一侧高速载流子较多，相当于温度较高，另一侧低速载流子较多，相当于温度较低，从而在Y方向引起温差TA－TA′，由此产生的热电效应，在A、A′电极上引入附加温差VE，这种现象称为爱延好森效应。这种效应的建立需要一定的时间，如果采用直流电则由于爱延好森效应的存在而给霍尔电压的测量带来误差，如果采用交流电，则由于交流变化快使得爱延好森效应来不及建立，可以减小测量误差，因此在实际应用霍尔元件片时，一般都采用交流电。由于VE∝IsB，其符号与Is和B的方向的关系跟VH是相同的，因此不能用改变Is和B方向的方法予以消除，但其引入的误差很小，可以忽略。

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图 （4）

(3)热磁效应直接引起的附加电压VN

如图（5）所示，因器件两端电流引线的接触电阻不等，通电后在接点两处将产生不同的焦尔热，导致在X方向有温度梯度，引起载流子沿梯度方向扩散而产生热扩

散电流，热流Q在z方向磁场作用下，类似于霍尔效应在Y方向上产生一附加电场ε

N

，相应的电压VN ∝ Q B，而VN的符号只与B的方向有关，与Is的方向无关，因此可

通过改变B的方向予以消除。

图 （5）

（4）热磁效应产生的温差引起的附加电压VRL

如图（6）所示，（3）中所述的X方向热扩散电流，因载流子的速度统计分布，在Z的方向的磁场B作用下，和（2）中所述的同一道理将在Y方向产生温度梯度TA－TA

′

，由此引入的附加电压VRL ∝ Q B，VRL的符号只与B的方向有关，亦能消除。

图 （6）

综上所述，实验中测得的A 、A′之间的电压除VH 外还包含VO 、VN、VRL和VE各电压的代数和，其中VO、VN和VRH均通过Is和B换向对称测量法予以消除。具体方法是在规定了电流和磁场正、反方向后，分别测量由下列四组不同方向的IS和B的组合的A 、A′之间的电压。

设Is和B的方向均为正向时，测得A 、A′之间电压记为V1，即 当+IS、+B时 V1 = VH +VO +VN +VRL +VE

将B换向，而IS的方向不变，测得的电压记为V2，此时VH、VN、VRL、VE均改号而VO符

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号不变，即

当+IS、-B时 V2 =-VH +VO -VN -VRL -VE 同理，按照上述分析

当-IS、-B时 V3 =VH -VO -VN -VRL +VE 当-IS、+B时 V4 =-VH -VO +VN +VRL -VE 求以上四组数据V1、V2、V3和V4的代数平均值，可得

V1?V2?V3?V44 由于VE符号与IS和B两者方向关系和VH是相同的，故无法消除，但在非大电流，

VH?VE?非强磁场下，VH＞＞ VE，因此VE可略而不计，所以霍尔电压为

V1?V2?V3?V4VH?

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TH－H型霍尔效应实验组合仪

使用说明书

霍尔效应发现于1879年，随着电子技术的进展，利用霍尔效应制成的电子器件（霍尔元件），由于结构简单，频率响应宽（高达10GHz）、寿命长、可靠性高等优点， 已广泛用于非电量电测、自动化控制和信息处理等方面。

霍尔效应实验既结合教学内容又富有实用性，是一个能深化课堂教学、培养学生实验技能以及启发学生创造思维和应用设想的典型实验。为此，热忱向各院校推荐我企业生产的TH－H型霍尔效应实验组合仪。

TH－H型霍尔效应实验组合仪可测定霍尔系数和载流子浓度，此外，结合电导率测量可确定试样的载流子迁移率。

TH－H型霍尔效应实验组合仪设计合理，性能稳定，各项技术指标完全符合实验要求。此外，其测试单元还具有多用功能，如用于电阻－温度实验，也可单独作为直流恒流源或直流数字毫伏表使用。

一、实验装置简介

TH－H型霍尔效应实验组合仪由实验仪和测试仪两大部份组成。

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A．实验仪（如图（1）所示）

图 （1） 霍尔效应实验仪示意图

1．电磁铁

规格为＞3.00 KGS/A，磁铁线包的引线有星标者为头（见实验仪上图示），线包绕向为顺时针（操作者面对实验仪）根据线包绕向及励磁电流IM流向，可确定磁感应强度B的方向，而B的大小与励磁电流IM的关系由制造厂家给定并标明在实验仪上。

2．样品和样品架

样品材料为N型半导体硅单晶片，根据空脚的位置不同，样品分两种形式，即图（2）（a）和（b），样品的几何尺寸为：

厚度 d＝0.5mm，宽度b＝4.0mm，A、C电极间距l＝3.0mm。

（a） （b）

图 （2） 样品示意图

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