20xx初中物理創(chuàng)新實驗報告2(編輯修改稿)
2025-01-14 22:23 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 使實驗更加科學(xué)、嚴謹，從而使得實驗方法具有可實施性和借鑒性。
二、設(shè)計原理
2．1簡介
置于磁場中的載流體，如果電流方向與磁場垂直，則在垂直于電流和磁場的方向會產(chǎn)生一附加的橫向電場，這一現(xiàn)象是霍普金斯大學(xué)研究生霍爾于1879年發(fā)現(xiàn)的，后被稱為霍爾效應(yīng)。如今霍爾效應(yīng)不但是測定半導(dǎo)體材料電學(xué)參數(shù)的主要手段，而且利用該效應(yīng)制成的霍爾器件已廣泛用于非電量的電測量、自動控制和信息處理等方面。在工業(yè)生產(chǎn)要求自動自動檢測和控制的今天，作為敏感元件之一的霍爾器件，將有更廣泛的應(yīng)用前景。掌握這一富有實用性的實驗，對日后的工作將有益處。
霍爾效應(yīng)是磁電效應(yīng)的一種，當電流垂直于外磁場通過導(dǎo)體時，在導(dǎo)體的垂直于磁場和電流方向的兩個端面之間會出現(xiàn)電勢差，這個電勢差就被叫做霍爾電勢差。
導(dǎo)體中的載流子在外加磁場中運動時，因為受到洛侖茲力的作用而使軌跡發(fā)生偏移，并在材料兩側(cè)產(chǎn)生電荷積累，形成垂直于電流方向的電場，最終使載流子受到的洛侖茲力與電場斥力相平衡，從而在兩側(cè)建立起一個穩(wěn)定的電勢差即霍爾電壓。正交電場和電流強度與磁場強度的乘積之比就是霍爾系數(shù)。平行電場和電流強度之比就是電阻率。
因此，對于一個已知霍爾系數(shù)的導(dǎo)體，通過一個已知方向、大小的電流，同時測出該導(dǎo)體兩側(cè)的霍爾電勢差的方向與大小，就可以得出該導(dǎo)體所處磁場的方向和大小。
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倫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eh。如圖21所示的半導(dǎo)體式樣，若在x方向通以電流ih，在z方向加磁場b，則在y方向即試樣24電極兩側(cè)就開始聚集異號電荷而產(chǎn)生相應(yīng)的附加電場。電場的指向取決于試樣的導(dǎo)電類型。對圖21所示的n型試樣，霍爾電場為?y方向。顯然，霍爾電場eh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eeh與洛倫茲力相等，樣品兩側(cè)電荷的積累就達到動態(tài)平衡，故：
（） eeh?
其中eh為霍爾電場，是載流子在電流方向上的平均漂移速度。圖21 霍爾片示意圖
霍爾效應(yīng)是運動的載流子在磁場中受到洛倫茲力發(fā)生偏轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的，利用霍爾效應(yīng)原理。作出來的電子元件統(tǒng)稱為霍爾元件，本實驗所用的的霍爾元件是一個長方形的均勻半導(dǎo)體薄片，稱為霍爾片。
如圖所示，其寬為b ，厚度為d 。如果把元件置于垂直于元件平面的磁場b 中，當通入電流i （與b 方向垂直）時，載流子（ n 型半導(dǎo)體為帶負電荷的電子， p 型半導(dǎo)體為 ?帶正電荷的空穴）在磁場中受洛倫茲力fm的作用而偏轉(zhuǎn)，從而在側(cè)面形成電勢差ub（霍 爾電壓）。設(shè)載流子平均速率為vd每個載流子的電荷量為e，當載流子所受洛倫茲力與霍爾元件表面電荷
范文總結(jié)相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號-1