霍尔效应

霍尔效应是金属导体或者半导体通有电流时在外界磁场中产生的带电的现象，由于磁场的非接触性，其制作的霍尔效应传感器在各种场合得到广泛应用。

霍尔效应

• 实验目的
  • 1. 掌握霍尔效应的基本原理和应用
  • 2. 熟悉螺线管内部磁场分布特点
  • 3. 了解霍尔传感器的相关应用
• 实验原理
  • 霍尔效应
    • 当电流垂直于外磁场通过半导体或金属导体时，载流子会受到洛伦兹力发生偏转，垂直于电流和磁场的方向会产生一附加电场，从而在半导体的两端产生电势差
      • 平衡条件
        • • 洛伦兹力与电场力
      • 电流与电荷间的关系
        • • • S为电流横截面积
            • l为电势差方向长度
            • d为等势线方向长度
  • 霍尔电压
    • • K
        • 霍尔系数
          • • • q>0
                • P型半导体
                • 载流子显正电
                  • 空穴
                    • 缺电子
            • • q<0
                • N型半导体
                • 载流子显负电
                  • 电子
                    • 多电子
  • 负效应及消除
    • 负效应
      • 1、量子霍尔效应： 整数量子霍尔效应 分数量子霍尔效应 2、热霍尔效应：垂直磁场的导体会有温度差 3、克宾诺(Corbino)效应：垂直磁场的薄圆碟会产生一个圆周方向的电流。 4、自旋霍尔效应 5、量子反常霍尔效应
    • 抵消
      • 利用电流和磁场方向的四种组合，对称相消
  • 霍尔传感器
    • 应用
      • 直接应用
        • 电流、磁场或磁特性等
      • 间接应用
        • 各种数据的测量
          • 霍尔传感器应用于数据的测量，是其应用最广泛地领域。以磁场来作被检测的信息的载体，将许多非电、非磁的物理量例如力、力矩、压力、应力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、转数、转速以及工作状态发生变化的时间等，转变成电量来进行检测和控制。
        • 自动化控制
          • 生活中，利用霍尔传感器对物体进行自动化处理的应用非常多。比如自动门时，当人体靠近的时候，便会自动打开。由于人体是一个半导体，具有霍尔效应，设计人员在感应门中设置霍尔传感器，霍尔传感器就会在人体接近的时候，瞬间捕捉到磁场效应，为人们打开“方便之门”。
    • 优点
      • 结构牢固、体积小、重量轻、寿命长、安装方便、功耗小、频率高（可达1MHZ）、耐震动、不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀。霍尔线性器件的精度高、线性度好；霍尔开关器件无触点、无磨损、输出波形清晰、无抖动、无回跳、位置重复精度高（可达μm级）。
• 实验内容
  • 1. 调零
  • 2. 连接电路
    • • 电流Is
      • 励磁电流Im
      • 霍尔电压Uh
  • 3. 半导体位置调节
    • 磁场最强
      • 螺线管中间位置
  • 4. 记录数据
    • 1. 半导体长宽厚
    • 2. 不同电流Is下的霍尔电压U
    • 3. 不同磁场Im下的霍尔电压U
• 数据处理
  • 1. 拟合霍尔电压与工作电流Is的关系
  • 2. 拟合霍尔电压与励磁电流Im的关系
  • 3. 半导体类型的确定
    • K>0
      • P型
    • K<0
      • N型
  • 4. 计算
    • 霍尔系数k
    • 载流子密度n
• 误差分析
  • 系统误差
  • 偶然误差