解答题 较难0.4 引用17 组卷7769
霍尔元件是一种重要的磁传感器,可用在多种自动控制系统中。长方体半导体材料厚为a、宽为b、长为c,以长方体三边为坐标轴建立坐标系,如图所示。半导体中有电荷量均为e的自由电子与空穴两种载流子,空穴可看作带正电荷的自由移动粒子,单位体积内自由电子和空穴的数目分别为n和p。当半导体材料通有沿方向的恒定电流后,某时刻在半导体所在空间加一匀强磁场,磁感应强度的大小为B,沿方向,于是在z方向上很快建立稳定电场,称其为霍尔电场,已知电场强度大小为E,沿方向。
(1)判断刚加磁场瞬间自由电子受到的洛伦兹力方向;
(2)若自由电子定向移动在沿方向上形成的电流为,求单个自由电子由于定向移动在z方向上受到洛伦兹力和霍尔电场力的合力大小;
(3)霍尔电场建立后,自由电子与空穴在z方向定向移动的速率分别为、,求时间内运动到半导体z方向的上表面的自由电子数与空穴数,并说明两种载流子在z方向上形成的电流应满足的条件。
(1)判断刚加磁场瞬间自由电子受到的洛伦兹力方向;
(2)若自由电子定向移动在沿方向上形成的电流为,求单个自由电子由于定向移动在z方向上受到洛伦兹力和霍尔电场力的合力大小;
(3)霍尔电场建立后,自由电子与空穴在z方向定向移动的速率分别为、,求时间内运动到半导体z方向的上表面的自由电子数与空穴数,并说明两种载流子在z方向上形成的电流应满足的条件。
2021·天津·高考真题
类题推荐
利用霍尔效应制作的霍尔元件以及传感器,广泛应用于测量和自动控制等领域。图中一块长为a、宽为b、厚为c的半导体样品薄片放在沿y轴正方向的匀强磁场中,磁感应强度大小为B。当有大小为I、沿x轴正方向的恒定电流通过样品板时,会在与z轴垂直的两个侧面之间产生电势差,这一现象称为霍尔效应。其原因是薄片中的导电粒子受洛伦兹力的作用向一侧偏转和积累,于是上、下表面间建立起电场EH,同时产生霍尔电压UH。当导电粒子所受的电场力与洛伦兹力处处相等时,EH和UH达到稳定值,UH的大小与I和B满足关系UH=kHIB,其中kH称为霍尔元件灵敏度,kH越大,灵敏度越高。半导体内导电粒子—“载流子”有两种:自由电子和空穴(空穴可视为能自由移动带正电的粒子),若每个载流子所带电量的绝对值为e,薄片内单位体积中导电的电子数为n。下列说法中正确的是( )
A.若载流子是电子,半导体样品的上表面电势高 |
B.磁感应强度大小为 |
C.在其他条件不变时,半导体薄片的厚度c越大,霍尔元件灵敏度越高 |
D.在其他条件不变时,单位体积中导电的电子数n越大,霍尔元件灵敏度越低 |
利用霍尔效应制作的霍尔元件以及传感器,广泛应用于测量和自动控制等领域。图中一块长为a、宽为b、厚为c的半导体样品薄片放在沿y轴正方向的匀强磁场中,磁感应强度大小为B。当有大小为I、沿x轴正方向的恒定电流通过样品板时,会在与z轴垂直的两个侧面之间产生电势差,这一现象称为霍尔效应。其原因是薄片中的移动电荷受洛伦兹力的作用向一侧偏转和积累,于是上、下表面间建立起电场EH,同时产生霍尔电势差UH。当电荷所受的电场力与洛伦兹力处处相等时,EH和UH达到稳定值,UH的大小与I和B满足关系UH=kHIB,其中kH称为霍尔元件灵敏度。已知此半导体材料是电子导电,薄片内单位体积中导电的电子数为n,电子的电荷量为e。下列说法中正确的是( )
A.半导体样品的上表面电势高于下表面电势 |
B.霍尔元件灵敏度与半导体样品薄片的长度a、宽度b均无关 |
C.在其他条件不变时,单位体积中导电的电子数n越大,霍尔元件灵敏度越高 |
D.在其他条件不变时,沿磁场方向半导体薄片的厚度c越大,霍尔元件灵敏度越高 |
组卷网是一个信息分享及获取的平台,不能确保所有知识产权权属清晰,如您发现相关试题侵犯您的合法权益,请联系组卷网