1、霍爾效應(yīng)和旋光現(xiàn)象及應(yīng)用第1頁，共27頁，2022年，5月20日，2點0分，星期四【實驗?zāi)康摹垦芯炕魻栃?yīng)的基本特性（1）了解霍爾效應(yīng)實驗原理以及有關(guān)霍爾器 件對材料要求的知識；（2）測繪霍爾元件的 和 曲線；（3）確定霍爾元件的導(dǎo)電類型，測量其霍爾 系數(shù)、載流子濃度以及遷移率。第2頁，共27頁，2022年，5月20日，2點0分，星期四【實驗原理】 1 霍爾效應(yīng) 霍爾效應(yīng)從本質(zhì)上講是運動的帶電粒子在磁場中受洛侖茲力作用而引起的偏轉(zhuǎn)。當帶電粒子（電子或空穴）被約束在固體材料中，這種偏轉(zhuǎn)就導(dǎo)致在垂直電流和磁場方向上產(chǎn)生正負電荷的聚積，從而形成附加的橫向電場，即霍爾電場 。（a） （b）（a）載流子

2、為電子（N型）；（b）載流子為空穴（P型）第3頁，共27頁，2022年，5月20日，2點0分，星期四 設(shè)試樣的寬為b，厚度為d，載流子濃度為n ，則 ： 霍爾電場阻止載流子繼續(xù)向側(cè)面偏移，當載流子所受的橫向電場力與洛侖茲力相等，樣品兩側(cè)電荷的積累就達到動態(tài)平衡?；魻栂禂?shù)，它是反映材料霍爾效應(yīng)強弱的重要參數(shù)。第4頁，共27頁，2022年，5月20日，2點0分，星期四2如何判斷樣品的導(dǎo)電類型 由 的符號（或霍爾電壓的正負）判斷樣品的導(dǎo)電類型。判別的方法是按圖1所示的 和 的方向，若測得的 即 點電位低于 點的電位，則 為負，樣品屬N型；反之則為P型。（a）載流子為電子（N型）；（b）載流子為空穴（

3、P型）第5頁，共27頁，2022年，5月20日，2點0分，星期四3霍爾效應(yīng)與材料性能的關(guān)系 要得到大的霍爾電壓，關(guān)鍵是要選擇霍爾系數(shù)大（即遷移率高、電阻率亦較高）的材料。 半導(dǎo)體遷移率高，電阻率適中，是制造霍爾元件較理想的材料，由于電子的遷移率比空穴遷移率大，所于霍爾元件多采用N型材料。 霍爾電壓的大小與材料的厚度成反比，薄膜型的霍爾元件的輸出電壓較片狀要高得多。第6頁，共27頁，2022年，5月20日，2點0分，星期四 （1）霍爾電壓的測量方法 為消除附加電壓帶來的誤差，采用電流和磁場換向的對稱測量法。即在規(guī)定了電流和磁場正、反方向后，分別測量下列四組【實驗方法】第7頁，共27頁，2022年

4、，5月20日，2點0分，星期四 通過A、C電極進行測量，設(shè)、間的距離為 l ，樣品的橫截面積為S=bd ，流經(jīng)樣品的電流為IS ，在零磁場下，若測得A、C間的電位差為 （即 ） 由下式可求得：（2）電導(dǎo)率 的測量第8頁，共27頁，2022年，5月20日，2點0分，星期四【實驗儀器】 圖2 霍爾效應(yīng)實驗儀第9頁，共27頁，2022年，5月20日，2點0分，星期四第10頁，共27頁，2022年，5月20日，2點0分，星期四1.00 1.20 1.401.601.802.00（1）測 曲線 （）= KGS/A【實驗內(nèi)容及數(shù)據(jù)處理】 第11頁，共27頁，2022年，5月20日，2點0分，星期四0.10

5、0 0.200 0.300 0.400 0.500 0.600 （2）測 曲線 ()第12頁，共27頁，2022年，5月20日，2點0分，星期四第13頁，共27頁，2022年，5月20日，2點0分，星期四（3）測電導(dǎo)率0.140.160.18第14頁，共27頁，2022年，5月20日，2點0分，星期四（4）求，并判斷霍爾元件的導(dǎo)電類型（5）求載流子濃度 n（6）求載流子的遷移率 時,所用霍爾元件的導(dǎo)電類型是P型，反之為N型 。第15頁，共27頁，2022年，5月20日，2點0分，星期四注意事項： 測試儀開機、關(guān)機前將 和 旋鈕逆時針轉(zhuǎn)到 底，防止輸出電流過大；2. 和 接線不可顛倒，以防燒壞樣

6、品；3. 查看時， 不宜過大，以免數(shù)字電壓表超量 程，通常取為0.15mA左右。第16頁，共27頁，2022年，5月20日，2點0分，星期四旋光現(xiàn)象及應(yīng)用第17頁，共27頁，2022年，5月20日，2點0分，星期四【實驗?zāi)康摹?、觀察了解線偏振光通過旋光物質(zhì)的旋光現(xiàn)象；2、了解旋光儀的結(jié)構(gòu)、工作原理及其使用方法；3、學(xué)會用旋光儀測糖溶液的旋光率和濃度； 第18頁，共27頁，2022年，5月20日，2點0分，星期四【實驗原理】 偏振光通過某種物質(zhì)后，其振動面將以光的傳播方向為軸線轉(zhuǎn)過一定的角度 ，這種現(xiàn)象叫做旋光現(xiàn)象。旋轉(zhuǎn)的角度 稱為旋光度。 第19頁，共27頁，2022年，5月20日，2點0分

7、，星期四【實驗儀器】1. 底座； 2度盤調(diào)節(jié)手輪； 3刻度盤；4 .目鏡； 5度盤游標； 6物鏡；7檢偏片； 8測試管； 9石英片；10起偏片；11會聚透鏡； 12鈉光燈光源第20頁，共27頁，2022年，5月20日，2點0分，星期四 測量采用半蔭法，鈉光燈發(fā)出的光經(jīng)起偏片后成為平面偏振光，在半波片（勞倫特石英片）處產(chǎn)生三分視場。檢偏片與刻度盤連在一起，轉(zhuǎn)動度盤調(diào)節(jié)手輪即轉(zhuǎn)動檢偏片，可以看到三分視場各部分的亮度變化情況。a或零度視場 b零度視場 c零度視場 d全亮視場 圖2 零度視場的分辨第21頁，共27頁，2022年，5月20日，2點0分，星期四 將裝有一定濃度的某種溶液的試管放入旋光儀后，

8、由于溶液具有旋光性，使平面偏振光旋轉(zhuǎn)了一個角度，零度視場便發(fā)生了變化，轉(zhuǎn)動度盤調(diào)節(jié)手輪，使再次出現(xiàn)亮度一致的零度視場，這時檢偏片轉(zhuǎn)過的角度就是溶液的旋光度。 為了避免刻度盤的偏心差，在游標盤上相隔180度對稱地裝有左右兩個游標，測量時兩個游標都讀數(shù)，取其平均值。 旋光儀讀數(shù)示意圖第22頁，共27頁，2022年，5月20日，2點0分，星期四a或零度視場 b零度視場 c零度視場 d全亮視場 圖2 零度視場的分辨【實驗內(nèi)容】(1)接通電源并開啟儀器電源開關(guān)，約5分鐘后鈉光燈 發(fā)光正常，就可以開始工作；(2)調(diào)節(jié)旋光儀的目鏡，使視場中 a、b 區(qū)域及分界線 十分清晰；轉(zhuǎn)動檢偏器，觀察并熟悉視場明暗變化

9、 的規(guī)律；(3)熟悉角游標尺的讀數(shù)方法，記錄最大儀器誤差；第23頁，共27頁，2022年，5月20日，2點0分，星期四a或零度視場 b零度視場 c零度視場 d全亮視場 圖2 零度視場的分辨(4)檢查儀器零位是否準確，即在儀器未放試管時，將 旋光儀調(diào)到圖2（b）所示的狀態(tài)，看到視場兩部分 亮度均勻且較暗時，記下刻度盤上左右兩游標窗口 上的相應(yīng)讀數(shù)，作為零位讀數(shù)；(5)將盛滿已知濃度（共四種）或未知濃度（一種） 糖溶液的試管依次放入儀器內(nèi)，重調(diào)目鏡使a、b 區(qū)域分界線清晰，再旋轉(zhuǎn)檢偏器使視場亮度均勻 且較暗，如圖2（b）所示的狀態(tài)，從刻度盤上左 右窗口記下相應(yīng)的角度；第24頁，共27頁，2022年，5月20日，2點0分，星期四(6)由偏振光被旋轉(zhuǎn)的方向確定物質(zhì)的旋光性（左旋 還是右旋）；(7)利用已知的 和測出的 作圖。確定糖溶液的旋光率；(8)從所作的曲線上查找出待測糖溶液的濃度。第25頁，共27頁，2022年，5月20日，2點0分，星期四注意事項（1）溶液應(yīng)裝滿試管，不能有氣泡。如果試管 中有氣泡，應(yīng)使氣泡處于試管凸起處；（2）試管和試管兩端透明窗均應(yīng)擦凈才可裝上 旋光儀；（3）