试验霍尔效应HallEffect.ppt

實驗 霍爾效應 (Hall Effect) * 實驗目的 決定磁鐵在特定距離下所建立之磁場。 學習如何量測磁場大小。 決定半導體材料是P型或為N型。 決定半導體材料之主要載體濃度。 * 何謂霍爾效應? Edwin H. Hall 於1879年發現在帶電流的薄金屬片上加磁場時會出現一反向電壓。 半導體中的霍爾效應比金屬箔片中更為明顯。 霍爾效應是電場和磁場在移動中的電荷上所施力的結果 (勞倫茲力及靜電力) 。 * 應用 測定元件的主要載子濃度。 利用霍爾元件測量出磁場，可確定導線電流的大小。利用這一原理可以設計制成霍爾電流傳感器。 霍爾元件具有對磁場敏感、結構簡單、體積小、頻率響應寬、輸出電壓變化大和使用壽命長等優點，因此，在測量、自動化、計算機和信息技術等領域得到廣泛的應用。 * 何謂半導體 金屬的價帶與導帶之間沒有距離，電子可自由移動。絕緣體的能隙寬度最大，電子難以躍遷。半導體能隙介於兩者中間，電子較容易躍遷至導帶中。 半導體是指一種導電性可受參雜雜質濃度控制，範圍可從絕緣體至導體之間的材料。 * 電子 P型半導體 在純矽中加入三價元素雜質，使每個矽原子與三價雜質結合成共價鍵時缺少一電子(多一個電洞)，即為P型半導體。 多數載子為電洞，少數載子為電子。 三價雜質通常為硼(B) 、鋁(Al) 、鎵(Ga) 、 銦(In) 。 * N型半導體 在純矽中加入五價元素雜質，使每個矽原子與五價雜質結合成共價鍵時多一電子，即為N型半導體。 多數載子為電子，少數載子為電洞。 五價雜質通常為磷(P) 、 砷(As) 、銻(Sb)。 * 理論 當受測材料為P型半導體(主要載子電洞) * 外加一磁場沿正y軸 在A1，A2間加一電位差使電洞以漂流速度沿正x方向運動並受正Z方向磁場作用力 因材料原呈電中性，故有相等之負電荷累積在材料下方並產生負Z方向靜電力 Fe＝qE 穩定態時，FB=FE　即 qvB＝qE E=vB 此時上下兩側之電壓差即為霍爾電壓 * 計算 * 實驗儀器-----高斯計(量測磁場使用) * 歸零 選取單位 範圍設定 數值擷取 使用按鈕上方英文字所提示功能時，須先按住SHIFT鍵才可使用。 實驗儀器 * 厚壓克力墊片 磁場測試板 探針 待測半導體材料 磁鐵架 探針置入位置 測試板放置處 如何量測磁場 * 依操作說明找出磁鐵N 、S極。 先將高斯計執行歸零程序。 利用壓克力墊片改變N極與半導體距離。 將實驗器材架設好，磁場測試板置於指定位置(如上頁右下角圖)。 量測示意圖 注意事項 當受測材料為N型半導體(主要載子電子)時，電荷累積情形與上述情況相反，但計算公式仍然可用。 利用B-V關係圖去判斷材料的型態。 高斯計與探針為昂貴器材，務必小心使用。 探針使用時，須平貼待測物上(握把上的F.W BELL字樣朝外) ；測得磁場數據正值為S極，反之為N極。 *