霍爾效應(yīng)仿真實(shí)驗(yàn)

李增　韓玉龍　孫金芳

摘 要：霍爾效應(yīng)是電磁效應(yīng)的一種，本文以科大奧銳仿真軟件為平臺(tái)，測(cè)量霍爾元件的不等位電勢(shì)、霍爾電壓等，計(jì)算霍爾元件的系數(shù)、載流子濃度、電導(dǎo)率和載流子遷移率等，為學(xué)生深刻理解實(shí)驗(yàn)提供幫助。

關(guān)鍵詞：霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn);霍爾系數(shù);科大奧銳

霍爾效應(yīng)是電磁效應(yīng)的一種，[1]這一現(xiàn)象是美國(guó)物理學(xué)家霍爾（A.H.Hall，1855—1938）于1879年在研究金屬的導(dǎo)電機(jī)制時(shí)發(fā)現(xiàn)的。當(dāng)電流垂直于外磁場(chǎng)通過(guò)導(dǎo)體時(shí)，垂直于電流和磁場(chǎng)的方向會(huì)產(chǎn)生一附加電場(chǎng)，從而在導(dǎo)體的兩端產(chǎn)生電勢(shì)差，這一現(xiàn)象就是霍爾效應(yīng)，這個(gè)電勢(shì)差也被稱(chēng)為霍爾電勢(shì)差?；魻栃?yīng)應(yīng)使用左手定則判斷。

本文以科大奧銳仿真軟件為平臺(tái)，測(cè)量了零外場(chǎng)條件下霍爾元件的不等位電勢(shì)，保持勵(lì)磁電流的值不變，改變工作電流的值，測(cè)量霍爾電壓值以及保持勵(lì)磁電流的值不變，改變工作電流的值，測(cè)量霍爾電壓值。

數(shù)據(jù)記錄：

（1）電磁鐵規(guī)格（5160GS/A）;

（2）霍爾元件規(guī)格：L：3.126mm b：4.168mm d：0.5021mm;

（3）零磁場(chǎng)下，調(diào)節(jié)Is=01mA時(shí)產(chǎn)生的不等位電勢(shì)Vσ，Is開(kāi)關(guān)扳到上方（上方記正，下方記負(fù)），V（+Is）=+1560 mV，Is開(kāi)關(guān)扳到下方，V（-Is）=-15.60 mV，獲得不等位電勢(shì)Vσ=+15.60 mV。

（4）表1和表2為記錄的霍爾電壓VH。

結(jié)果分析，[2]根據(jù)表1數(shù)據(jù)結(jié)果可判斷霍爾元件類(lèi)型為P型，材料電導(dǎo)率σ=Is·LV′·b·d，不等位電勢(shì)為15.60mV，工作電流Is = 0.10mA，霍爾元件規(guī)格L：3.126mm b：4.168mm d：05021mm，即可計(jì)算出材料電導(dǎo)率9.575C·m-3·T-1。表1擬合出的解析表達(dá)式為VH=2.6272IS-0.0004，霍爾系數(shù)RH=VH·dIs·B，其中VHIs即為上述擬合曲線(xiàn)的斜率2.6272，其中磁感應(yīng)強(qiáng)度等于電磁鐵規(guī)格乘以勵(lì)磁電流即B = 0.45A*5160Gs/A = 0.2322T，帶入數(shù)據(jù)可得霍爾系數(shù)RH = 5.6810 m3·C-1，進(jìn)一步可計(jì)算載流體濃度n=1RH·e =1.0988×1018m-3以及載流子的遷移率μ=σ·RH=5.4395×10-2T-1。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉戰(zhàn)存，鄭余梅.霍爾效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)[J].大學(xué)物理，2007，26（11）：51-55.

[2]江銘波，閻旭東，徐國(guó)旺.霍爾效應(yīng)及霍爾元件在物理量測(cè)量中的應(yīng)用[J].湖北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，26（2）：142-144.