霍爾效應仿真實驗

李增　韓玉龍　孫金芳

摘 要：霍爾效應是電磁效應的一種，本文以科大奧銳仿真軟件為平臺，測量霍爾元件的不等位電勢、霍爾電壓等，計算霍爾元件的系數、載流子濃度、電導率和載流子遷移率等，為學生深刻理解實驗提供幫助。

關鍵詞：霍爾效應實驗;霍爾系數;科大奧銳

霍爾效應是電磁效應的一種，[1]這一現象是美國物理學家霍爾（A.H.Hall，1855—1938）于1879年在研究金屬的導電機制時發現的。當電流垂直于外磁場通過導體時，垂直于電流和磁場的方向會產生一附加電場，從而在導體的兩端產生電勢差，這一現象就是霍爾效應，這個電勢差也被稱為霍爾電勢差。霍爾效應應使用左手定則判斷。

本文以科大奧銳仿真軟件為平臺，測量了零外場條件下霍爾元件的不等位電勢，保持勵磁電流的值不變，改變工作電流的值，測量霍爾電壓值以及保持勵磁電流的值不變，改變工作電流的值，測量霍爾電壓值。

數據記錄：

（1）電磁鐵規格（5160GS/A）;

（2）霍爾元件規格：L：3.126mm b：4.168mm d：0.5021mm;

（3）零磁場下，調節Is=01mA時產生的不等位電勢Vσ，Is開關扳到上方（上方記正，下方記負），V（+Is）=+1560 mV，Is開關扳到下方，V（-Is）=-15.60 mV，獲得不等位電勢Vσ=+15.60 mV。

（4）表1和表2為記錄的霍爾電壓VH。

結果分析，[2]根據表1數據結果可判斷霍爾元件類型為P型，材料電導率σ=Is·LV′·b·d，不等位電勢為15.60mV，工作電流Is = 0.10mA，霍爾元件規格L：3.126mm b：4.168mm d：05021mm，即可計算出材料電導率9.575C·m-3·T-1。表1擬合出的解析表達式為VH=2.6272IS-0.0004，霍爾系數RH=VH·dIs·B，其中VHIs即為上述擬合曲線的斜率2.6272，其中磁感應強度等于電磁鐵規格乘以勵磁電流即B = 0.45A*5160Gs/A = 0.2322T，帶入數據可得霍爾系數RH = 5.6810 m3·C-1，進一步可計算載流體濃度n=1RH·e =1.0988×1018m-3以及載流子的遷移率μ=σ·RH=5.4395×10-2T-1。

參考文獻：

[1]劉戰存，鄭余梅.霍爾效應的發現[J].大學物理，2007，26（11）：51-55.

[2]江銘波，閻旭東，徐國旺.霍爾效應及霍爾元件在物理量測量中的應用[J].湖北工業大學學報，2011，26（2）：142-144.