CN112164290A - 一种新型霍尔效应实验仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型霍尔效应实验仪，包括实验仪主体、纵向滑动导轨、霍尔片、横向滑动导轨、线圈、透明拱桥、换向开关、励磁电流输入孔、霍尔电压输出孔和工作电流输入孔，透明pc板的表面设置有纵向滑动导轨和横向滑动导轨，横向滑动导轨的一端安装有探针，探针的一端设置有霍尔片，透明拱桥的一侧设置有线圈。本发明通过探针固定霍尔片的位置，能够较完美的解决更换霍尔片难的问题，实现了对原有实验的改进，大大增加了实验的可操作性和不宜抄袭性，培养学生的自主科研性，而且，经改变后的仪器的成本大大降低，纵向滑动导轨和横向滑动导轨上均设置有游码和尺度，改善了实验装置，能够对各种材料实现较为准确的测量。
Description
技术领域
本发明涉及霍尔效应试验领域，特别涉及一种新型霍尔效应实验仪。
背景技术
霍尔效应测试仪，是用于测量半导体材料的载流子浓度、迁移率、电阻率、霍尔系数等重要参数，而这些参数是了解半导体材料电学特性必须预先掌控的，因此是理解和研究半导体器件和半导体材料电学特性必备的工具。”1879年美国物理学家霍尔在研究金属的导电机制时发现了著名的霍尔效应，霍尔效应实验是大学物理中比较经典的一个实验，能实现对材料的霍尔系数，载流子浓度，迁移率，电导率等参数的基本测量，在半导体物理中有着重要的应用。
作为一个常见的物理实验，其实验装置长久不变，在现代物理实验更高的要求下，已经不能够满足学生对实验测量的需要，首先，先列举原实验仪器的不足之处：原实验装置在接线过程中，接线容易接错，而一旦接错，就可能造成烧片问题；测试材料不便于更换，只能测量原有的已经固定好的材料，难以实现对多种材料、多种尺寸的测试，大大降低了实验的可操作性，且容易造成实验数据抄袭问题；原仪器不够直观，且电路复杂，作为一个演示实验很难做到让学生完全理解实验原理的目的，原有的实验仪器上的霍尔片都是固定好的，不可以轻易更换的，不利于实验者进行更多的操作。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种新型霍尔效应实验仪。
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
本发明一种新型霍尔效应实验仪，包括实验仪主体、纵向滑动导轨、霍尔片、横向滑动导轨、线圈、透明拱桥、换向开关、励磁电流输入孔、霍尔电压输出孔和工作电流输入孔，所述实验仪主体的上表面设置有透明pc板，所述透明pc板的表面设置有纵向滑动导轨和横向滑动导轨，所述纵向滑动导轨的一侧设置有游码，所述游码的一侧设置有导线，所述横向滑动导轨的一端安装有探针，所述探针的一端设置有霍尔片，所述霍尔片的一侧设置有接片，所述横向滑动导轨的一侧设置有透明拱桥，所述透明拱桥的一侧设置有线圈，所述透明pc板的上表面设置有换向开关、励磁电流输入孔、霍尔电压输出孔和工作电流输入孔。
作为本发明的一种优选技术方案，所述励磁电流输入孔和工作电流输入孔的一侧均设置有换向开关，所述霍尔片的正下方对应安装有线圈。
作为本发明的一种优选技术方案，所述霍尔片四周的探针呈十字，且与霍尔片活动连接，所述纵向滑动导轨和横向滑动导轨呈十字安装。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1：本发明通过探针固定霍尔片的位置，能够较完美的解决更换霍尔片难的问题，实现了对原有实验的改进，大大增加了实验的可操作性和不宜抄袭性，大大增加了教学价值，培养学生的自主科研性，而且，经改变后的仪器的成本大大降低，可作为“改良后霍尔效应演示实验”的实验装置，使实验变得更加让人理解，可以在中学期间的物理实验中增加此设备，引导中学生对物理的兴趣，增加物理的趣味性，产生极具教育性的影响意义。
2：本发明可作为大学期间“霍尔效应测量实验”的实验仪器，引进入大学的实验课，来代替原有装置，把原来实验不必要的聚焦点电路连接，转换为聚焦对不同霍尔片的测量，极大的增加了实验的科学性，也可以作为反常霍尔效应演示的实验装置，作为新的大学期间物理基础实验之一，引入大学的实验室，引导学生涉足反常霍尔效应所涉及的领域，在学校实验室进行推广。
3：本发明通过纵向滑动导轨和横向滑动导轨上均设置有游码和尺度，改善了实验装置，能够对各种材料实现较为准确的测量，可以作为实验科研仪器，用于个人实验研究。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明的局部结构示意图；
图3是霍尔元件在磁场中的示意图；
图中：1、实验仪主体；2、纵向滑动导轨；3、霍尔片；4、横向滑动导轨；5、线圈；6、透明拱桥；7、换向开关；8、励磁电流输入孔；9、霍尔电压输出孔；10、工作电流输入孔；11、探针；12、透明pc板；13、接片；14、导线；15、游码。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
如图1-3所示，本发明提供一种新型霍尔效应实验仪，包括实验仪主体1、纵向滑动导轨2、霍尔片3、横向滑动导轨4、线圈5、透明拱桥6、换向开关7、励磁电流输入孔8、霍尔电压输出孔9和工作电流输入孔10，实验仪主体1的上表面设置有透明pc板12，透明pc板12的表面设置有纵向滑动导轨2和横向滑动导轨4，纵向滑动导轨2的一侧设置有游码15，游码15的一侧设置有导线14，横向滑动导轨4的一端安装有探针11，探针11的一端设置有霍尔片3，霍尔片3的一侧设置有接片13，横向滑动导轨4的一侧设置有透明拱桥6，透明拱桥6的一侧设置有线圈5，透明pc板12的上表面设置有换向开关7、励磁电流输入孔8、霍尔电压输出孔9和工作电流输入孔10。
进一步的，励磁电流输入孔8和工作电流输入孔10的一侧均设置有换向开关7，霍尔片3的正下方对应安装有线圈5，通过两个换向开关7方便控制励磁电流输入孔8和工作电流输入孔10。
霍尔片3四周的探针11呈十字，且与霍尔片3活动连接，纵向滑动导轨2和横向滑动导轨4呈十字安装，通过探针11的位置方便霍尔片3的更换。
具体的，使用过程中，按实验仪主体1要求连接Is、Im接线柱，连接Vh显示接线柱，在探针11中间设置置物台，在置物台上上，放置需测量的材料，并根据材料的大小和形状，调节探针11的位置，使探针11针头完全贴合所测材料，读出显示器上所显示的霍尔电压V的示数，分别改变Is、Im的方向，重复读出显示器上所显示的霍尔电压V的示数，测得U1、U2、U3、U4，根据公式
eE＝evB (1)
此时，E即为霍尔电压，v是载流子在电流方向上的平均漂移速度。
设试样的宽度为b，厚度为d，载流子浓度为n，则
IS＝nevbd (2)
由(1)、(2)得
产生霍尔效应的同时，因伴随着多种副效应，以致实验测得的3，4两极之间得电压并不等于真实的U值，而是包含着各种副效应引起的附加电压，因此必须设法消除，根据副效应产生的机理可知，采用电流和磁场换向的所谓对称测量法，基本上能够把副效应的影响从测量的结果中消除，具体做法是和大小不变，并在设定电流和磁场的正、反方向后，依次测量由下列四组不同方向的Is和B组合的两点之间的电压,U1、U2、U3、U4，即
+Is，+B→U1，
+Is，-B→U2，
-Is，-B→U3，，
-Is，+B→U4，
然后根据上述四组数据U1、U2、U3、U4代数平均值，可得
通过对称测量法求得的U，虽然还存在个别无法消除的副效应，但其引入的误差甚小，可以忽略不计,由(3)式可知霍尔电压U与IsB乘积成正比，与试样厚度d成反比,比例系数
成为霍尔系数，它是反映材料霍尔效应强弱的重要参数，只能测出U(V)及Is(A)、B(T)和d(m)，可按下式计算霍尔系数
根据R的符号或霍尔电压的正、负,判断样品的导电类型，N型或P型，判断方法是按图所示的Is和B方向,求载流子浓度,由
可求出载流子浓度,对电导率的测量
其中Is为通入的电流，L为霍尔片一侧所取两点的距离，Vσ是所取两点之间的电位差，通过实验装置可以测得，S是样品的横截面积S＝bd，载流子的迁移率μ，迁移率μ与电导率σ以及载流子浓度n之间的关系是：
σ＝neμ
即μ＝|R|σ,
霍尔灵敏度测量
本发明通过探针固定霍尔片的位置，能够较完美的解决更换霍尔片难的问题，实现了对原有实验的改进，大大增加了实验的可操作性和不宜抄袭性，大大增加了教学价值，培养学生的自主科研性，而且，经改变后的仪器的成本大大降低，可作为“改良后霍尔效应演示实验”的实验装置，使实验变得更加让人理解，可以在中学期间的物理实验中增加此设备，引导中学生对物理的兴趣，增加物理的趣味性，产生极具教育性的影响意义，可作为大学期间“霍尔效应测量实验”的实验仪器，引进入大学的实验课，来代替原有装置，把原来实验不必要的聚焦点电路连接，转换为聚焦对不同霍尔片的测量，极大的增加了实验的科学性，也可以作为反常霍尔效应演示的实验装置，纵向滑动导轨和横向滑动导轨上均设置有游码和尺度，改善了实验装置，能够对各种材料实现较为准确的测量，可以作为实验科研仪器，用于个人实验研究。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种新型霍尔效应实验仪，包括实验仪主体(1)、纵向滑动导轨(2)、霍尔片(3)、横向滑动导轨(4)、线圈(5)、透明拱桥(6)、换向开关(7)、励磁电流输入孔(8)、霍尔电压输出孔(9)和工作电流输入孔(10)，其特征在于，所述实验仪主体(1)的上表面设置有透明pc板(12)，所述透明pc板(12)的表面设置有纵向滑动导轨(2)和横向滑动导轨(4)，所述纵向滑动导轨(2)的一侧设置有游码(15)，所述游码(15)的一侧设置有导线(14)，所述横向滑动导轨(4)的一端安装有探针(11)，所述探针(11)的一端设置有霍尔片(3)，所述霍尔片(3)的一侧设置有接片(13)，所述横向滑动导轨(4)的一侧设置有透明拱桥(6)，所述透明拱桥(6)的一侧设置有线圈(5)，所述透明pc板(12)的上表面设置有换向开关(7)、励磁电流输入孔(8)、霍尔电压输出孔(9)和工作电流输入孔(10)。
2.根据权利要求1所述的一种新型霍尔效应实验仪，其特征在于，所述励磁电流输入孔(8)和工作电流输入孔(10)的一侧均设置有换向开关(7)，所述霍尔片(3)的正下方对应安装有线圈(5)。
3.根据权利要求1所述的一种新型霍尔效应实验仪，其特征在于，所述霍尔片(3)四周的探针(11)呈十字，且与霍尔片(3)活动连接，所述纵向滑动导轨(2)和横向滑动导轨(4)呈十字安装。
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Cited By (1)
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| CN113240997A (zh) * | 2021-06-11 | 2021-08-10 | 张怡菲 | 一种便于更换测试材料的霍尔效应实验仪及实验方法 |
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- 2020-11-03 CN CN202011208042.6A patent/CN112164290B/zh active Active
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