霍尔元件测磁场
实 验 目 的
? 了解霍尔元件测磁场的原理。
? 学会测量各种曲线及样品的电导率。
? 学习用“对称测量法”消除附加效
应的影响 。
磁场
（ T）
10-410-610-1010-14 10-810-1210-16
霍 耳 器 件
核 磁 共 振 仪
SQUID(超导量子隧道干涉仪 )器件
地
球
磁
场
城
市
噪
声
SQUID
噪
声
肺
的
磁
场
脑
磁
场
胎
儿
磁
场
心
脏
磁
场
1879年美国霍普金斯大学研究
院二年级学生霍尔在研究载流导体
在磁场中受力的性质时发现：处在
磁场中的载流导体, 如果磁场方向
和电流方向垂直, 则在与磁场和电
流都垂直的方向上出现横向电场,
这就是霍尔效应 。 所产生的电场称
霍尔电场, 相应的电位差称霍尔电
压 。 产生霍尔效应的载流导体, 半
导体, 离子晶体称霍尔元件 。
背
景
介
绍
实 验 原 理
UH
L
C
H d
b
IS
z
y
v
fE
fB
A
霍
耳
元
件
原
理
图
B
霍耳元件是一块矩型半导体薄片，设其长为 L 宽为 b，厚
为 d，放入磁场中，使磁场方向 (z方向）与薄片垂直 。
x
? 洛伦兹力的大小及方向用 加
以确定。
? 电场强度为 E,方向由 C 指向 H（ -y 方向 ), 此
电场对载流子的作用力大小为：
? 平衡时, 载流子所受的电场力和洛伦兹力相等 。
即：
? 两侧面的霍尔电压 UH 也到一稳定值：
Bqf B ??? ?? ?
qEf E ?
BE ff ?
BbEbU H ???
? 设 n为半导体片中载流子浓度, 则电流 （ x方向 ）
? 经代换得：
KH称为霍尔元件的灵敏度，其单位是毫伏 / 毫
安 · 千高斯 (mV/mA · kGS) 。
? 如果霍尔元件的灵敏度已测定，可以用上式计算
磁感应强度 B，即：
其中, IS,UH需用仪表分别测量。
bdnqdtdQI S ??? nqbd
I S??
BI
U
n q dK S
H
H ??
1
sH
H
IK
UB ?
? 实际测量时测得的值并不只是 UH，还包括了其它因素
带来的附加电压，主要的附加电压有：
1.由于电极位置不对称产生的电势差（不等位电势） U0
2.霍耳元件伴随霍耳效应还存在几种附加效应：
1）厄廷豪森（ Etinghausen）效应（温差电效应） UE
2）能斯脱（ Nernst）效应（热磁效应） UN
3）里纪 -勒杜克（ Righi-Leduc）效应（热磁效应产生
的温差） UR
上述四种附加电压, 除 UE 外其余都可以通过改变 IS 或
B的方向来消除 。
? 本实验还可以测量霍耳元件的电导率 ?。
S
LR ??
?
1
?
?
SU
LI
RS
L S??? 1
霍尔效应实验仪
IS是给霍尔片加电流的换向开关,IM是励磁电流的换向开关。
霍尔效应测试仪
注意
1.开机（或关机）前应将 IS,IM旋钮逆时针旋到底。仪器接
通电源后，预热数分钟即可进行实验。
2.在调节 IS,IM两旋钮时一定要注意切换, 测量选择,,不可
过大 。
实验内容与步骤
1.测霍耳元件的 UH— IS曲线。
2.测电磁铁的励磁特性 B— IM曲线。
3.测电磁铁的磁场分布 B— x 曲线。
4.改变 IS 和 IM的方向,消除附加电压的方法 。
5,(选做 ) 测霍尔元件的电导率 ?的值。