Ефект на Хол 1

През 1879 г. американски физик Hall открива едно явление, което е както следва. Ако след хомогенна полупроводници или метална плоча да се пропуска поток от ляво на дясно по оста х, както е показано на фиг. 1, на еквипотенциалните линии ще бъдат прави линии, успоредни на ръба на плочата, простираща се по оста Z и симетрично разположени между точките С и D не съществуват никакви потенциална разлика. Ако след това плаката се поставят в магнитно поле, така че той е насочен по оста у. Е. перпендикулярно на линии на ток, между точки В и Г съществува потенциална разлика, чиято величина е пропорционална на двата размера на текущата I, и на магнитното поле H. Този феномен, известен като ефекта на Хол може да се обясни както следва. На движещи се в магнитно поле, електрически заряд сила

където Е - количество на зареждане; V - скорост;

Н-интензитета на магнитното поле, и φ - ъгълът между посоките V и Н.

Ако φ = 90 ° (когато магнитното поле е перпендикулярна на посоката на движение на заряд), на сила F има максимална стойност, равна EVN и е перпендикулярна на посоките на скоростта и магнитното поле.

Разбира елементарни механика е известно, че ако една сила движещо се тяло и в същото скоростта и посоката на силите са взаимно перпендикулярни, промените мощност само посоката на скоростта, без да се променя величина, а тялото се движи по кръгова траектория с радиус на кривина R. Очевидно е, че в този случай движението на електрически заряд в статично магнитно поле, таксата ще се движат по радиус R кръга, чиято стойност може да се намери, имайки предвид, че центробежната сила СрН ^ 2 / R е числено равна на тока по силата на зареждане EVH, R. F . тУ ^ 2 / г = EVH където R = тУ / Eh

В полупроводников или метал, поставен в магнитно поле, когато настоящите комбинация, образувайки неговите електрони под влиянието, упражнено върху магнитната сила ще трябва да се отклони нагоре или надолу в зависимост от посоките H и V. Ако електрони се движат от дясно на ляво, те ще се отклонява нагоре и отрицателно зареден горната повърхност на плочата. Следователно, напречна електрическа сила на полето E B / м, а между точките С и D ще има потенциална разлика U

и къде - на височината на плоските ребра (фиг.1.).

Отклонения на електроните се таксуват до горната граница до състояние на равновесие няма да се случи, в която напречната ток изчезва. Това състояние се появява, когато електроенергията от нея ще бъде равна на магнитната сила, която е EVN ее = EVN. Токът, протичащ през полупроводникови плоча, е равна на

където п - плътността на носител.

Заместването на стойността на V, получен от последната формула имаме

От друга страна, ние открихме, че потенциалната разлика между точките C и D е равно на U = Да. Заместването на стойността на Е, ние се получи крайния израз за

Тази формула показва, че потенциалната разлика срещащи между двете точки на полупроводника, е пропорционално на двете текущата I и магнитно поле Н. Фракцията 1 / NE за всеки от полупроводника намира при същата температура, е постоянна величина, която е получила името на константата на Хол. По-прецизно теория, която позволява участието в сила на тока от електрони, които имат различни скорости, предвижда коефициентът зала, обикновено обозначени с R, изразът

По този начин, чрез изучаване на ефект на Хол в полупроводници чрез измерване на големината R, може да се определи концентрацията носител п, и знака показва между точките С и D на потенциалната разлика - механизмът на проводимост на полупроводници. За дупка полупроводникови Зала постоянно има положителна стойност, а за електрон - отрицателна.

Трябва да се има предвид, че с помощта на ефекта на Хол може да се определи концентрацията на носители на заряд в полупроводници, като някакъв механизъм един проводимост - дупка или електрон. Ако полупроводника е смесен или вътрешна проводимост, полупроводниковата пластина, простираща се по ток е в резултат на дупка движение в една посока и електроните в обратна посока. За дадена посока на тока и на магнитното поле деформация дупки и електрони съвпадат, и тези други или отклонен към долната повърхност на плочата, или към върха. Среща между точките С и D на потенциалната разлика U се определя в този случай има по-сложна експресия, който включва плътността на носител и мобилността. От чисто физически съображения, че е лесно да се разбере, че големината и знака на U ще зависи от съотношението на концентрациите на дупки и електрони и тяхната подвижност. В някои случаи, лично U може да бъде нула.

За смесен тип полупроводници - Hall постоянна определя от израза (тук U - мобилност носител)