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霍尔效应实验

2015年04月29日 15:30  点击:[]

    在磁场中的载流导体上出现横向电势差的现象是24岁的研究生霍尔(Edwin H. Hall)在1879年发现的,现在称之为霍尔效应。随着半导体物理学的迅猛发展,霍尔系数和电导率的测量已经称为研究半导体材料的主要方法之一。通过实验测量半导体材料的霍尔系数和电导率可以判断材料的导电类型、载流子浓度、载流子迁移率等主要参数。若能测得霍尔系数和电导率随温度变化的关系,还可以求出半导体材料的杂质电离能和材料的禁带宽度。

    在霍尔效应发现约100年后,德国物理学家克利青(Klaus von Klitzing)等研究半导体在极低温度和强磁场中发现了量子霍尔效应,它不仅可作为一种新型电阻标准,还可以改进一些基本产量的精确测定,是当代凝聚态物理学和磁学令人惊异的进展之一,克利青因此发现获得1985年诺贝尔物理学奖。其后美籍华裔物理学家崔琦(D. C. Tsui)和施特默在更强磁场下研究量子霍尔效应时发现了分数量子霍尔效应。它的发现使人们对宏观量子现象的认识更深入一步,他们因此发现获得了1998年诺贝尔物理学奖。

    用霍尔效应制备的各种传感器,已广泛应用于工业自动化技术、检测技术和信息处理各个方面。本实验的目的是通过用霍尔元件测量磁场,判断霍尔元件载流子类型,计算载流子的浓度和迁移速度,以及了解霍尔效应测试中的各种负效应及消除方法。

该实验仿真流程:

(1) 开始实验后,从实验仪器栏中点击拖拽仪器至实验台上。由于是电路仪器,所以无法移动。开始时实验仪器已经摆好在实验桌上。将实验仪器栏,实验提示栏和实验内容栏展开,将鼠标移至仪器各部分均会显示说明信息。双击其左上部系统菜单图标关闭仪器图片窗口,在实验仪器列表窗口双击其左上部系统菜单图标关闭之。

(2)霍尔效应测试仪

   双击桌面上霍尔效应测试仪小图标,弹出霍尔效应测试仪的调节窗体;主要有两个显示的图面,一个为背景图主要是控制该仪器的电源的开关。正面图主要控制控制电流和励磁电流的输出大小,并测量返回的电压大小。该仪器每次开启电源时会产生误差,需要手动去校准。

(3)霍尔效应试验仪显示

    双击桌面上霍尔效应试验仪图标,弹出霍尔效应试验仪的调节窗体。初始化时霍尔效应试验仪上的开关位置是按照标准形式放置的,3个开关能随意拨动,也能改变霍尔元件片在磁场中的的位置。

(4)霍尔效应测试仪的显示:

    Is控制电流的最大量程为20mA,最小测量单位为0.01mA。可以通过点击调节控制电流旋钮来逆时针或顺时针旋转改变控制电流大小。当鼠标按住选择不放,则会不停的改变控制电流的大小(当达到显示最大值时显示值不变),直到鼠标松开(励磁电流同控制电流相同)。打开开关之后一定要校准,并调节Is调节和Im调节使显示电流值随着调节变化而变化。

 

(5)连接电路

    关闭电源,将霍尔效应测试仪和霍尔效应试验仪按照正确的连接方式连接到同一电路中,并对霍尔测试仪和霍尔效应试验仪均做调零处理,如果不处理,则可能使其测试结果不正确。

(6)调零并测试

    打开测试仪的电源开关。点击调零旋钮。将左侧显示的电压值调节到0.00;并按照实验的要求连接好电路,在电路的连接过程中需要注意的是电路之间接点的连接问题,连接正确后才会显示正常的电路,否则会提示放置错误。连接好线路图后按照实验要求做实验,直到实验结束。

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