Question

（2009?鹽城模擬）在一個(gè)很小的矩形半導(dǎo)體薄片上，制作四個(gè)電極E、F、M、N，它就成了一個(gè)霍爾元件（如圖），在E、F間通入恒定的電流I，同時(shí)外加與薄片垂直的磁場(chǎng)B，在M、N間出現(xiàn)了電壓U_H，稱為霍爾電壓．
（1）電流和磁場(chǎng)方向如圖中所示，載流子是電子，M、N兩端中哪端電勢(shì)較高？
（2）試證明：U_H=K

IB

d

，K為與材料有關(guān)的常量．
（3）為了提高霍爾元件的靈敏度，可采用哪些方法？

Answer 1

分析：（1）根據(jù)左手定則判斷電子的偏轉(zhuǎn)方向，從而確定出電勢(shì)的高低．
（2）根據(jù)電子受電場(chǎng)力和洛倫茲力平衡，結(jié)合電流的微觀表達(dá)式證明U_H=K

IB

d

，K為與材料有關(guān)的常量．
（3）通過U_H=K

IB

d

，確定提高霍爾元件的靈敏度的方法．

解答：解：（1）根據(jù)左手定則，電子向N端偏轉(zhuǎn)，則M點(diǎn)電勢(shì)高                         ①
（2）設(shè)前后兩個(gè)表面相距為L(zhǎng)，電子所受的電場(chǎng)力等于洛侖茲力
e

UH

L

=evB                      ②
設(shè)材料單位體積內(nèi)電子的個(gè)數(shù)為n，材料截面積為s
I=nesv                       ③
s=dL　　　　　　　　　　　　　　 �、�
由②③④得：
UH=

BI

ned

                     ⑤

令k=

1

ne

，則   UH=k

BI

d

       ⑥

（3）增大電流I、減小厚度d 和減小截流子的密度    
答：（1）M點(diǎn)電勢(shì)高．
（2）證明如上所示．
（3）增大電流I、減小厚度d 和減小截流子的密度

點(diǎn)評(píng)：解決本題的關(guān)鍵掌握左手定則判斷洛倫茲力的方向，以及知道最終電子在電場(chǎng)力和洛倫茲力作用下平衡．