【摘要】 详解霍尔效应测试仪在半导体/金属材料检测中的工作原理，包含电阻率测量方法、霍尔系数计算公式、设备操作规范及科研应用案例，助力材料电学特性精准分析。

霍尔效应作为电磁学重要现象，由物理学家霍尔（E.H.Hall）于1879年首次在金属导电研究中发现。当电流垂直穿过处于磁场中的半导体材料时，载流子受洛伦兹力作用发生偏转，在材料两侧形成垂直于电流和磁场的电势差，称为霍尔电压。基于此原理的霍尔效应测试仪，已成为半导体、金属、电子材料及复合材料电学特性分析的核心设备。

 

​一、霍尔效应测试仪工作原理​

材料中的带电粒子在外部磁场作用下移动时，受洛伦兹力影响产生路径偏转，导致电荷在材料相对两侧累积形成横向电场。当电场力与洛伦兹力平衡时，产生稳定的霍尔电压。

霍尔系数（）计算公式为：

其中  为样品厚度， 为磁场强度， 为电压差， 为电流强度。

图1. 霍尔效应原理图[1]

 

二、电阻率测量方法​

1.四探针法操作流程​

  • 在相邻电极（如A-B）施加恒定电流
  • 在相对电极（C-D）测量电压降 
  • 代入公式计算电阻率 

图2. 霍尔效应测电阻率[1]

2.样品要求与简化公式​

  • 样品需厚度均匀、无孔洞、单连通
  • 正方形薄膜可简化计算：当  时

 

三、霍尔系数与迁移率测定​

通过非邻近电极（如A-C）通电流，垂直施加磁场后测量电极对（如B-D）电压变化，结合公式：

  • 载流子密度 （为电子电荷）
  • 霍尔迁移率 

 

​四、设备核心组件与应用价值​

霍尔效应测试仪由霍尔传感器、磁场均化单元、稳流电源、电压测量模块及数据处理系统构成，可精准获取半导体材料的：

  • 载流子类型（N/P型）
  • 浓度与迁移率
  • 电阻率与电导率
    广泛应用于新材料研发、电子器件质量检测及科研教学领域。

 

参考文献：[1] 张旭阳,黄长兵,王鑫,等.基于霍尔效应测量过套管地层电阻率理论及模拟实验研究[J].钻采工艺,2022,45(03):89-93.

 

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