2013大学生物理实验研究论文
霍尔效应
陈浩（05A12820）
（东南大学土木工程学院 南京 211189）
摘 要：
掌握霍尔效应原理，测量判定半导体材料的霍尔系数，了解霍尔效应中各种副效应
的消除方法，理解组合线圈、长直螺线管轴线上磁场分布，利用霍尔效应测量磁场，对数据进行整合作图分析，研究载流线圈组的磁场分布 。
关键词：
霍尔效应；半导体材料的性能；磁场分布；作图法；误差分析。
Hall-effect
Hao Chen（05A12820）
(College of Civil Engineering of Southeast University, Nanjing 211189)
Abstract ：Mastering the principle of hall effect, Measuring judgement of semiconductor materials hall
coefficient,Understanding of deputy hall effect of eliminating the effect of method,Using hall effect on data measurement of magnetic field,integrate graphic analysis,research current-carrying coil group of the magnetic field distribution
key words: Hall effect; Properties of semiconductor materials; Magnetic field distribution,; Graphing
method;Error analysis.
利用霍尔效应可以确定半导体材料的导电类型、载流子浓度及迁移率、半导体的禁带宽度等。因此，霍尔效应时研究半导体性质的重要实验方法。利用霍尔效应测量磁场，研究载流线圈组的磁场分布。
作者简介：陈浩，1994年，男，江苏扬州人，本科生，[email protected]
1 霍尔效应
B ，沿X 方向通以工作电流I ，则在Y 方向产生出
V H 电动势V H ，如图1所示，这现象称为霍尔效应。
称为霍尔电压。
将一块半导体或导体材料，沿Z 方向加以磁场
V H , B , I 三者相互垂直时，
V H =K IB ; V H = IB H
nqd
;
得 K =1
H nqd
（K H 为霍尔元件的灵敏度）
令R =K 1
H H d =nq
，则
（1）q 为正时，U H >0, ϕA >ϕ' A ，q
为负时U H 0因此，可从霍尔电压判断载流子类
型
（2）K H 与n 及d 成反比，为得显著的霍尔效应，采用载流子浓度较低的材料制薄型元件。
图1 霍尔效应原理示意图
2 利用霍尔效应研究半导体材料的性能
2.1 研究的各参数
（1） 半导体材料的性质
V H
=
IB
nqd ; K 1H =nqd
，R H =K H d =
1
nq
得 n =
1R q
H （2） 半导体材料的电导率σ
σ=
1
. l
ρ
=
I U AC
S
ρ为材料的电导率 2013大学生物理实验研究论文
（3） 载流子的迁移率μ
μ=
σ
ne
=R H σ
2.2 数据处理
用matlab 进行数据处理得到曲线
（1）保持I M 不变，用对称测量法测霍尔电压（I M =0. 700A ）
处理数据得到的图形：
图2 霍尔效应 U H ----I 曲线 根据图形分析得：
直线斜率k =-4. 34Ω，
K k
H =
CI = -15. 58T M
（2）保持I 值不变，用对称法测量霍尔电压(I =2. 00mA )
2013大学生物理实验研究论文
图4 单线圈 B --X 曲线
处理图片得到图形：
图3 霍尔效应 U H --I M 曲线 根据图形分析得：
直线斜率k = -12. 6⨯10Ω,
-3
图5 双线圈 B --X 曲线 距离为R
K H =
k
= -15. 83 CI
3 利用霍尔效用测磁场
因U H =K H IB 用已知K H 的霍尔元件制成探头，测出I 和U H 得 B =
图6 双线圈 B --X 曲线 距离为2R
V H
K H I
通过数据测量以及处理，得到下图：
图7 双线圈 B --X 曲线 距离为
R 2
实验测得的数据所绘出的曲线与理论曲线基本一致，但还存在着一点的误差。
4 误差分析
（1） 误差来源有测量工作电流的电流表的测量
误差，测量霍尔器件厚度d 的长度，测量仪器的测量误差，测量霍尔电压的电压表的测量误差，磁场方向与霍尔器件平面的夹角影响等。 （2） 测半导体材料的性能：I 、I M 在确定值时可能会有一定的跳变，并且读数时存在一定的误差，导致最终的测量以及计算存在误差（3） 利用霍尔效用测磁场：测量工作电流的电流
表测量误差，测量霍尔元件厚度d 的长度测量仪器的测量误差，测量霍尔电压的电压（4） 表的测量误差，磁场方向与霍尔器件平面夹
角也会对测量结果产生影响等。
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5 总结
通过以上的数据的处理与分析，可以得到以下的结论：
（1） 如果磁感应强度B 和霍尔元件平面不完全
正交，实验测出的霍尔系数比实际值偏小，要想准确测量B 值，就需要保证磁感应强度B 和霍尔器件平面完全正交，或者设法测量出磁感应强度B 和霍尔器件平面的夹角。 （2） 当励磁电流I M =0时，霍尔电压不为0，且
随着霍尔电流的增加而增加，通过作图发现二者满足线性关系。说明在霍尔元件内存在一不等位电压，这是由于测量霍尔电压的两条接线没有在同一个等势面上造成的。
（3） 改变线圈的形状不对称后，即改变其产生的
磁感应强度B 的大小和方向，所以垂直于霍尔片方向上的磁感应强度就相应发生改变，而且垂直于探杆方向上的磁场强度不抵消，导致霍尔电压改变；改变形状对称，则垂直探杆方向磁场抵消，平行方向改变，霍尔电压改变。
（4） 当励磁电流保持恒定，改变霍尔电流时，测
量得到的霍尔电压随霍尔电流的增加而增加，通过作图发现二者之间满足线性关系。
（5） 当霍尔电压保持恒定，改变励磁电流时，测
量得到的霍尔电压随励磁电流的增加而增加，通过作图发现二者之间也满足线性关系。
参考文献：
[1] 吴思成. 近代物理实验[M].北京：北京大学出版社，
1986.
[2] 钱峰, 潘人培. 大学物理实验(修订版)[M].北京:高等
教育出版社，2005：191-202.
[3] 沙振舜. 新编近代物理实验[M].南京：南京大学出版
社，2004
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霍尔效应
陈浩（05A12820）
（东南大学土木工程学院 南京 211189）
摘 要：
掌握霍尔效应原理，测量判定半导体材料的霍尔系数，了解霍尔效应中各种副效应
的消除方法，理解组合线圈、长直螺线管轴线上磁场分布，利用霍尔效应测量磁场，对数据进行整合作图分析，研究载流线圈组的磁场分布 。
关键词：
霍尔效应；半导体材料的性能；磁场分布；作图法；误差分析。
Hall-effect
Hao Chen（05A12820）
(College of Civil Engineering of Southeast University, Nanjing 211189)
Abstract ：Mastering the principle of hall effect, Measuring judgement of semiconductor materials hall
coefficient,Understanding of deputy hall effect of eliminating the effect of method,Using hall effect on data measurement of magnetic field,integrate graphic analysis,research current-carrying coil group of the magnetic field distribution
key words: Hall effect; Properties of semiconductor materials; Magnetic field distribution,; Graphing
method;Error analysis.
利用霍尔效应可以确定半导体材料的导电类型、载流子浓度及迁移率、半导体的禁带宽度等。因此，霍尔效应时研究半导体性质的重要实验方法。利用霍尔效应测量磁场，研究载流线圈组的磁场分布。
作者简介：陈浩，1994年，男，江苏扬州人，本科生，[email protected]
1 霍尔效应
B ，沿X 方向通以工作电流I ，则在Y 方向产生出
V H 电动势V H ，如图1所示，这现象称为霍尔效应。
称为霍尔电压。
将一块半导体或导体材料，沿Z 方向加以磁场
V H , B , I 三者相互垂直时，
V H =K IB ; V H = IB H
nqd
;
得 K =1
H nqd
（K H 为霍尔元件的灵敏度）
令R =K 1
H H d =nq
，则
（1）q 为正时，U H >0, ϕA >ϕ' A ，q
为负时U H 0因此，可从霍尔电压判断载流子类
型
（2）K H 与n 及d 成反比，为得显著的霍尔效应，采用载流子浓度较低的材料制薄型元件。
图1 霍尔效应原理示意图
2 利用霍尔效应研究半导体材料的性能
2.1 研究的各参数
（1） 半导体材料的性质
V H
=
IB
nqd ; K 1H =nqd
，R H =K H d =
1
nq
得 n =
1R q
H （2） 半导体材料的电导率σ
σ=
1
. l
ρ
=
I U AC
S
ρ为材料的电导率 2013大学生物理实验研究论文
（3） 载流子的迁移率μ
μ=
σ
ne
=R H σ
2.2 数据处理
用matlab 进行数据处理得到曲线
（1）保持I M 不变，用对称测量法测霍尔电压（I M =0. 700A ）
处理数据得到的图形：
图2 霍尔效应 U H ----I 曲线 根据图形分析得：
直线斜率k =-4. 34Ω，
K k
H =
CI = -15. 58T M
（2）保持I 值不变，用对称法测量霍尔电压(I =2. 00mA )
2013大学生物理实验研究论文
图4 单线圈 B --X 曲线
处理图片得到图形：
图3 霍尔效应 U H --I M 曲线 根据图形分析得：
直线斜率k = -12. 6⨯10Ω,
-3
图5 双线圈 B --X 曲线 距离为R
K H =
k
= -15. 83 CI
3 利用霍尔效用测磁场
因U H =K H IB 用已知K H 的霍尔元件制成探头，测出I 和U H 得 B =
图6 双线圈 B --X 曲线 距离为2R
V H
K H I
通过数据测量以及处理，得到下图：
图7 双线圈 B --X 曲线 距离为
R 2
实验测得的数据所绘出的曲线与理论曲线基本一致，但还存在着一点的误差。
4 误差分析
（1） 误差来源有测量工作电流的电流表的测量
误差，测量霍尔器件厚度d 的长度，测量仪器的测量误差，测量霍尔电压的电压表的测量误差，磁场方向与霍尔器件平面的夹角影响等。 （2） 测半导体材料的性能：I 、I M 在确定值时可能会有一定的跳变，并且读数时存在一定的误差，导致最终的测量以及计算存在误差（3） 利用霍尔效用测磁场：测量工作电流的电流
表测量误差，测量霍尔元件厚度d 的长度测量仪器的测量误差，测量霍尔电压的电压（4） 表的测量误差，磁场方向与霍尔器件平面夹
角也会对测量结果产生影响等。
2013大学生物理实验研究论文
5 总结
通过以上的数据的处理与分析，可以得到以下的结论：
（1） 如果磁感应强度B 和霍尔元件平面不完全
正交，实验测出的霍尔系数比实际值偏小，要想准确测量B 值，就需要保证磁感应强度B 和霍尔器件平面完全正交，或者设法测量出磁感应强度B 和霍尔器件平面的夹角。 （2） 当励磁电流I M =0时，霍尔电压不为0，且
随着霍尔电流的增加而增加，通过作图发现二者满足线性关系。说明在霍尔元件内存在一不等位电压，这是由于测量霍尔电压的两条接线没有在同一个等势面上造成的。
（3） 改变线圈的形状不对称后，即改变其产生的
磁感应强度B 的大小和方向，所以垂直于霍尔片方向上的磁感应强度就相应发生改变，而且垂直于探杆方向上的磁场强度不抵消，导致霍尔电压改变；改变形状对称，则垂直探杆方向磁场抵消，平行方向改变，霍尔电压改变。
（4） 当励磁电流保持恒定，改变霍尔电流时，测
量得到的霍尔电压随霍尔电流的增加而增加，通过作图发现二者之间满足线性关系。
（5） 当霍尔电压保持恒定，改变励磁电流时，测
量得到的霍尔电压随励磁电流的增加而增加，通过作图发现二者之间也满足线性关系。
参考文献：
[1] 吴思成. 近代物理实验[M].北京：北京大学出版社，
1986.
[2] 钱峰, 潘人培. 大学物理实验(修订版)[M].北京:高等
教育出版社，2005：191-202.
[3] 沙振舜. 新编近代物理实验[M].南京：南京大学出版
社，2004