怎样利用霍尔效应测量交变电场急

2021-03-07 10:48:46 字数 1794 阅读 6795

1楼:匿名用户

霍尔效应装置如图2.3.1-1和图2.3.1-2所示。将一个半导体薄片放在垂直于它的磁场中(b的方向

沿z轴方向),当沿y方向的电极a、a’上施加电流i时,薄片内定向移动的载流子(设平均速率为u)受到洛伦兹力fb的作用,

fb= q u b (1)

无论载流子是负电荷还是正电荷,fb的方向均沿着x方向,在磁力的作用下,载流子发生偏移,产生电荷积累,从而在薄片b、b’两侧产生一个电位差vbb’,形成一个电场e。电场使载流子又受到一个与fb方向相反的电场力fe,

fe=q e = q vbb’ / b (2)

其中b为薄片宽度,fe随着电荷累积而增大,当达到稳定状态时fe=fb,即

q ub = q vbb’ / b (3)

这时在b、b’两侧建立的电场称为霍尔电场,相应的电压称为霍尔电压,电极b、b’称为霍尔电极。

另一方面,射载流子浓度为n,薄片厚度为d,则电流强度i与u的关系为:

(4)由(3)和(4)可得到

(5)另,则

(6)r称为霍尔系数,它体现了材料的霍尔效应大小。根据霍尔效应制作的元件称为霍尔元件。

在应用中,(6)常以如下形式出现:

(7)式中称为霍尔元件灵敏度,i称为控制电流。

由式(7)可见,若i、kh已知,只要测出霍尔电压vbb’,即可算出磁场b的大小;并且若知载流子类型(n型半导体多数载流子为电子,p型半导体多数载流子为空穴),则由vbb’的正负可测出磁场方向,反之,若已知磁场方向,则可判断载流子类型。

由于霍尔效应建立所需时间很短(10-12~10-14s),因此霍尔元件使用交流电或者直流电都可。指示交流电时,得到的霍尔电压也是交变的,(7)中的i和vbb’应理解为有效值。

n 霍尔效应实验中的付效应

在实际应用中,伴随霍尔效应经常存在其他效应。例如实际中载流子迁移速率u服从统计分布规律,速度小的载流子受到的洛伦兹力小于霍尔电场作用力,向霍尔电场作用力方向偏转,速度大的载流子受到磁场作用力大于霍尔电场作用力,向洛伦兹力方向偏转。这样使得一侧告诉载流子较多,相当于温度较高,而另一侧低速载流子较多,相当于温度较低。

这种横向温差就是温差电动势ve,这种现象称为爱延豪森效应。这种效应建立需要一定时间,如果采用直流电测量时会因此而给霍尔电压测量带来误差,如果采用交流电,则由于交流变化快使得爱延豪森效应来不及建立,可以减小测量误差。

此外,在使用霍尔元件时还存在不等位电动势引起的误差,这是因为霍尔电极b、b’不可能绝对对称焊在霍尔片两侧产生的。由于目前生产工艺水平较高,不等位电动势很小,故一般可以忽略,也可以用一个电位器加以平衡(图2.3.

1-1中电位器r1)。

我们可以通过改变is和磁场b的方向消除大多数付效应。具体说在规定电流和磁场正反方向后,分别测量下列四组不同方向的is和b组合的vbb’,即

+b, +i

vbb’=v1

-b, +i

vbb’=-v2

-b, -i

vbb’=v3

+b, -i

vbb’=-v4

然后利用得到霍尔电压平均值,这样虽然不能消除所有的付效应,但其引入的误差不大,可以忽略不计。

电导率测量方法如下图所示。设b’c间距离为l,样品横截面积为s=bd,流经样品电流为is,在零磁场下,测得b’c间电压为vb’c,则

2楼:匿名用户

霍尔效应是指当施加的外磁场垂直于半导体中流过的电流时,会在半导体垂直于磁场和电流的方向上产生霍尔电动势

怎样利用霍尔效应测量载流子,怎么利用霍尔效应测载流子的浓度

1楼 青丝染霜 只要分别测出霍尔电流ih及霍尔电势差uh就可算出磁场b的大小 2mm厚,直到电场对载流子的作用力fe qe与磁场作用的洛沦兹力相抵消为止,宽度为b。洛沦兹力使电荷产生横向的偏转,一般只有0 ma t ,垂直磁场对运动电荷产生一个洛沦兹力 3 14 1 式中q为电子电荷,是研究半导体材...