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霍尔效应实验系统误差及数据处理探讨 第3页

更新时间:2016-10-17:  来源:毕业论文
1.2 霍尔效应实验研究
(1)实验仪器
a. TH-H型霍尔效应实验仪,主要由规格大于2500GS/A电磁铁、N型半导体硅单晶切薄片试样、样品架、 和 换向开关、 和 (即 )测量选择开关组成。
b. TH-H型霍尔效应测试仪,主要由样品工作电流、励磁电流和直流数字毫伏表组成。
(2)实验要求
本实验所采用的霍尔元件是由N型半导体材料制成,使用的励磁电流为700mA,对应的磁场强度为273mT,d为0.5mm。
(3)实验方法
a.测磁场的最大位置[6]
保持励磁电流为700mA,调节工作电流,使其为10mA,将霍尔元件调节至Y为15mm处,沿X方向从零开始每隔2.5mm测一次霍尔电压的值,得到一组数据。再将霍尔元件调至X的最大位置处,沿Y方向从零开始没隔2.5mm测一次霍尔电压的值,得到另外一组数据。从这两组数据我们可以确定磁场的最大位置。
b.测霍尔元件的霍尔系数
保持励磁电流为700mA,调节工作电流,使其从2mA依此增加0.25mA至8mA,分别记录每一次的霍尔电压,得到一组数据。
2. 实验过程中的系统误差及解决方法
2.1 不等位电势
如图3所示,由于元件测量电压的A、A′两电极不可能绝对对称地焊接在霍尔片的两侧,即A、A′的位置不在一个理想的等 势面上,因此,就算不加磁场,只有电流通过,根据 就会有电压。其中r为A、A′所在的两个等势面之间的电阻,且 的正负只取决于电流 的方向,而与磁感应强度B无关[7]。
2.2 爱廷毫森效应
如图4所示,由于实际上载流子的迁移速率 服从统计分布规律,构成电流的载流子速率不同。若速度为v的载流子所受的洛仑磁力与霍尔电场的作用                   力刚好抵消,则速度小与v的载流子受到的洛仑磁力小于霍尔电场的作用力,将向霍尔电场作用方向偏转;速度大于v的载流子受到的洛仑磁力大于霍尔电场的作用力,将向洛仑磁力方向偏转。这样使得一侧高速载流子较多,相当于温度较高,另一侧低速载流子较多,相当于温度较低,从而在Y方向引起温差 ,由此产生的热电效应在A、A′电极上引入附加电势差 ,这种现象称为爱廷好森效应[7],由于 正比与 B,其正负既与 有关又与B有关。
      
图3  V0的产生机制                   图4  VE的产生机制
2.3 能斯脱效应
如图5所示,因器件两端电流引线的接触电阻不等,通电后在接点处将产生不同的焦耳热,导致在X方向有温度梯度,引发载流子沿梯度方向扩散而产生扩散电流Q,在Z方向磁场的作用下,产生类似于霍尔效应在Y方向产生一附加电压 [7], 正比与QB,其正负只与B的方向有关,而与 的方向无关。
2.4 里纪-勒杜克效应
如图6所示,2.3中所述的沿X方向Z方向磁场B的作用下,和2.2中所述的同一个道理将在Y方向产生温度梯度 ,由此引入附加电压 [7],正比与QB,其正负只与B的方向有关。

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