Определение постоянной холла для полупроводника реферат
Обновлено: 04.07.2024
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РФ
Институт фундаментальных наук
Изучение эффекта Холла в полупроводниках
Работу выполнили:
Студенты гр. Ф-172
Волков Д.М., Лужных А.С.
Саблина Е. В., Ащеулов Д. Ю.
Проверил:
Цель работы: ознакомление с эффектом Холла и определение электродвижущей силы Холла в полупроводнике при постоянном магнитном поле и постоянном токе. Определение постоянной датчика Холла, концентрации и подвижности носителей тока в полупроводнике.
распределении плотности тока по сечению проводника плотность тока
где S – площадь поперечного сечения проводника. e – заряд носителей тока, n
– их концентрация, v – средняя скорость направленного движения
подвижных носителей (дрейфовая скорость), .
в каждой точке проводника связана с
напряженностью электрического поля дифференциальной форме
в этой точке законом Ома в
Из соотношений (1), (2), (4) следует, что
Важнейшее применение находит теория электросопротивления полупроводников и металлов. К полупроводникам принято относить твердые
Интересно, что значения подвижностей тока в полупроводниках могут превышать подвижности электронов в металлах. Значительная разница удельных сопротивлений полупроводников и металлов обусловлена существенным различием в значениях концентрации свободных носителей заряда (см. формулу (5))
Во всех полупроводниках и металлах наблюдается эффект Холла, который является одним из наиболее эффективных современ - ных методов измерения характе -ристик носителей тока в этих веществах.
Если проводящий образец в виде прямоугольной пластины толщиной d, шириной а и длиной l поместить в
разность потенциалов [1]
где R – постоянная Холла. Этот эффект обусловлен силой Лоренца, которая действует со стороны магнитного поля на подвижные носители тока,
где e – элементарный заряд (модуль заряда электрона).
Исследование температурных зависимостей концентрации носителей заряда, электропроводности, коэффициента Холла и других параметров позволяет опреде-лить ряд важнейших характеристик полупроводниковых материалов, таких как ширину запрещенной зоны E0, энергию ионизации основной примеси (энергию образования основных носителей заряда), концентрации заряженных и нейтральных примесных центров, полные концентрации основных и неосновных носителей заряда, подвижность и температурную зависимость подвижности электронов и дырок. Коэффициент Холла также зависит от температуры. Температурная зависимость коэффициента Холла позволяет получить температурную зависимость концентрации носителей заряда, т.к. ln(n)= - ln(enRn) или ln(p) = - ln(epRp). И, наоборот,
на температурную зависимость R оказывают влияние зависимости n(T), (T), так
что R(T) можно представить в виде
Для определения типа основной примеси в полупроводнике (донорная или акцепторная) кроме абсолютного знака R существенно, что в п/п p-типа с ростом температуры и при переходе из области примесной проводимости в область собственной проводимости постоянная Холла R меняет знак. Поэтому из кривой R(T) в соответствующем интервале температур можно определить тип примесной проводимости.
Также из значения коэффициента Холла для одно и того же образца можно определить концентрацию носителей заряда из выражения (), а, зная электропроводность =en, можно вычислить холловскую подвижность, как =|R| . . И это в случаи несмешанного полупроводника.
При измерении Э.Д.С. Холла необходимо иметь в виду следующее. На противолежащих поверхностях образца при пропускании тока уже в отсутствии магнитного поля всегда есть разность потенциалов U0, обусловленная неэквипотенциальностью плоскостей поперечных контактов.
Эту немагнитную составляющую разности потенциалов необходимо исключить, замерив напряжение при двух противоположенных полярностях магнитного поля U + и U - . Далее, в случае, когда Uн>U0, а знаки U + и U - разные и совпадают со знаками Uн:
U + = U0 + Uн,
-U - = U0 – Uн,
Uн = (|U + | + |U - |)/2.
Или, когда Uн + и U - одинаковые и совпадают со знаком U0:
U + = U0 + Uн,
U - = U0 – Uн,
Uн = (|U + | - |U - |)/2.
Изменение величины магнитной индукции в рабочем зазоре магнита можно
осуществлять, изменяя расстояние между полюсами магнита, применяя магнитные
концентраторы или регулируя величину тока электромагнита. Желательно, чтобы
источник тока имел высокое выходное сопротивление, и протекающий через образец ток не изменялся за счет эффекта магнитосопротивления, сопровождающего эффект Холла, при включении магнитного поля.
влажности воздуха до 80% при температуре 298 К и атмосферном давлении от 84,4
8. Рассчитать подвижности свободных носителей заряда по уравнению (10).
10. Построить граф ик темпер атурной зависимости концентрации свободных
Построить график температурной зависимости постоянной Холла .
20. Построить график температурной зависимости подвижности носите -
Аналогичным образом постро ить график темпе ратурной зависи мости
электропроводности исследуемых образцов в координатах :
определить энергию ширины запрещенной зоны полупр оводника ,
Какие электрофизические свойства полупроводников можно исследовать
Почему под действием силы Лоренца электроны и дырки отклоняются в
Какие физические процессы определяют величину подвижности но сите -
Как объяснить природу возникновения дополнительной ЭДС , возникаю -
Как определить доминирующий механизм рассеяния носи тел ей заряда ?
В чем сущн ость эффекта Холла в полупро водниках со смешанным типом
исследование электро физических характеристик по лупровод -
Если поместить полупро водник , через который протекает электрический или
тепловой пото к в магнитное поле , то в нём во зникают гальваномагнитные и тер -
Гальваномагнитные явления возникают в полупр оводниках при одновремен -
ном воздействии электрического и магнитного по лей , а термомагнитные явления
– пр и одновременном возде йствии магнитного и теплового полей . К гальваномаг -
для исследования электрофизических свойств полупроводников . Данный эффект
Суть эффекта Холла заключается в следующем . При пропускании электриче -
ского то ка вдоль полупроводника , помещённого в магнитное поле , силовые линии
которого направлены перпендикулярно направлению электрического тока , возни -
кает поперечная разность потенциалов , называемая ЭДС Холла .
форму параллелепипеда . Пусть электрический ток движется вдоль оси
пендикулярно напр авлению электрического тока вд оль оси
нитное поле . Под действием силы , действующей со сторо ны магнитного поля ,
электроны будут отклоняться на боковую грань полупровод ника . Таким образом ,
на одной из граней полупроводника будут накапливат ься электроны , в результате
чего она зарядится отрицательно , а на противоположн ой грани возникает неском -
пенсированный положительный заряд . Это приведёт к образовани ю поперечного
Если электрический ток переносится дырками , то попереч ное электрическое поле
будет противополож но направлению по лю Холла для полупроводника
q , который движется в магнитном по ле с индукцией B
90°, то согласно правилу векторного произведения , уравнение для силы Лоренца
Запустить программн ое обеспечение стенда для исследования эффекта
Холла , при этом на экране монитора появится первая схема измерения
Для проведения измер ений необходимо создать базу данных , для чего в
где указывается название измеряемой зависимости , дата и время .
Задание названия измеряемой зависимости осуществляется путем нажа -
На схеме измерения активизировать управляющие и регистрирующие ин -
струменты , необходимые для измерения за висимостей :
лу тока , протекающего через исследуемый образец , например 1 мА , ( по указанию
амплитудное значение силы тока , протекающего через катушку электромагнита
( по указанию преподавателя ). Значения силы тока , протекающего через катушку ,
при помощи калибровочной зависимости в рамках програм много обеспечения
пересчитываются в значения индукции магнитного поля В , которое реги стрирует -
Измерить ЭДС Холла EDS при помощи вольтм етра Vs 2.
левой кнопкой " мыши ". Свето диод индицирует состояние включения ( выключе -
ры исследуемого образца . Максимальная температура нагрева 120º С .
Измерять значения напряжения на иссле дуемом образце вольтметром V1 ,
1. Для осущест вления расчетов необходим о открыть окно « по строитель
Определить температурную зависимость постоянной Холла
Определить температурную зависимость концентрации свободных носи -
Под действием силы Лоренца движущиеся электроны отклоняютс я на одну из
боковых граней по лупроводника . Процесс накопления носителей заряда продол -
жается до тех пор , пока сила Лоренца не уравновесится силой , действующей со
тивоположную направлению силы Лоренца . В состоянии стационар ного равнове -
сия сила Лоренца равна силе , действующей со стороны по перечного электриче -
При исследовании электрофизических свойств полупроводников мето дом эф -
фекта Холла измеряют не величину нап ряжённости поперечного электрического
лу тока , протекающего через исследуемый образец , например 1 мА , значения ко -
тановить при помощи по лзунка амплитудно е значение силы тока , протекающег о
через катушку электромагнита . Значения силы тока , протекающего через катушку ,
при помощи калибровочной зависимости в рамках програм много обеспечения
пересчитываются в значения индукции магнитного поля
установить количество измер яемых точек за один перио д работы генератора ( по
при заданном значении силы тока , протекающего через образец , отображается на
Проделать п . п 6- 9 для силы тока , протекающег о через исследуемый обра -
Из таблицы или из гр афиков зависимостей ) ( B f EDS
чения ЭДС Холла в отсутствии магнитного поля в зазоре электромагнита
B EDS 0 для каждого значения тока , протекающего через исследуемый образец ,
Определить концентрации свободных носителей заряда по формуле (6).
Сопрот ивления исследуемого образца определяется по закону Ома (12).
Рассчитать удельно е сопротивление и электропроводность исследуемого
Рассчитать подвижность свободных носителей заряда по уравнению (10).
Построить график зависимостей измеренного суммарного значения ЭДС
Построить график зависимости иско мого значения ЭДС Холла
Определение температурных зависимостей концентрации , по движности носи -
телей заряда , удельного сопротивления и электропроводности полупроводника
n – концентрация свободных электронов ; с и d – поперечные размеры по -
лупроводника . Подставим уравнения (2) и (3) в формулу (1), полу чим
Умножим правую и левую части этого уравнения на величину
Rx – постоянная Холла . Она связывает ЭДС Холла , силу тока и индук -
B . Зная величину постоянной Холла Rx , мо жно определить
p – концентрация дырок . Знак постоянной Холла совпадает со знаком носите -
ности . Н априм ер , для электронно го типа проводимость
При выводе уравнения для ЭДС Холла сделан ряд допущений , связанных с
тем , что полная скорость электронов принимается раной дрейфовой скорости , т . е .
не учитывается скорость хаотического теплового движение электронов и их рас -
ния носителей заряда . При рассеянии электронов на акустических , оптическ их
Исследования эффекта Холла позволяют определить основные электрофизи -
Rx , для р азличных температур , можно построить зависи -
мость концентр ации носителей заряда в функции от температуры . Учитывая , что
Рассчитать удельное со противление и электропроводность исследуемого
Рассчитать подвижности свободных носителей заряда по уравнению (10).
Построить график зависимостей измеренно го суммарного значения ЭДС
Выбрать оси ко ординат . По вертикальной оси указать
зависимостей суммарной ЭДС Холла от величины индукции маг -
нитного поля для фиксированных значений силы тока , протекающего через иссле -
Аналогично пп . 8–12 постро ить график зависимости значения ЭДС Холл а
Определение ЭДС Холла и ее составляющих , зависимости ЭДС Холла от ин -
дукции магнитного поля при фиксированных значениях тока через исследуемый
образец , электропроводности и удельного сопротивления полупроводников , типа
и концентрации носителей заряда , под вижно ст и носителей заряда пр и ко мнат ной
Включить программное обеспечение стенда для исследования эффекта
Для проведения измер ений необходимо создать базу данных , для чего в
где указывается название измеряемой зависимости , дата и время .
Задание измеряе мой зависимости осуществляется путем нажатия кнопки
На схеме измерения активизировать управляющие и регистрирую щие па -
раметры инструм енты , необходимые для измерения зависимостей :
температурная зависимость концентр ации но сит экспоненциальный характер , её
центрации свободных носител ей заряда от температуры в виде совокупности пря -
мых линий . Как видно из рис . 2, график разбит на три области .
Рис . 2. Зависимость концентрации носителей заряда от температу ры
Область I называется областью низких температур . Образование свободных
носителей заряда происходит за счёт перехода электронов с донорного уровня в
p – типа электроны переходят из валентной зоны на акцепторный уро -
вень . Энергия активации примесного уровня определяется из уравнения
II – область истощения примеси . Как видно из рисунка , концентрация
свободных носителей заряда не зависит от температуры . Это соответствует тому ,
что все электроны с донорного уровня пере шли в зону проводимости в полупро -
n - типа электропроводности , а для полупр оводников p - типа электропро -
водности заполнены все энергетические состояния на акцепторном уро вне элек -
тронами , перешедшими из валентной зоны . В этой области концентрация свобод -
ных носителей заряда равна концентрации примесных атомов .
III является областью высоких температур . Здесь энергия тепловог о
. Поэтому электроны пер еходят из валентно й зоны в зону проводимости , при
этом образую тся парные нос ител и заряда : электрон и дырка . Ширина запрещён -
струменты , необхо димые для измерения зависимостей : ) , ( I B f EDS =
лу тока , протекающего через исследуемый образец , равной 1 мА , ( по указанию
EDS представляет собой сумму из двух членов : искомое значение ЭДС Холла ,
ЭДС в отсутствии магнитного пол я в зазоре электромагнита .
положительное значение силы тока , протекающего через катушку электромагнита .
Значения силы тока , пр отека юще го через катушку , пр и помощи калибр овочно й
зависимости в рамках п рограммного обеспечения пересчитываются в значения
Измерить суммарную ЭДС Холла при помощи вольтмет ра V 2.
тельно установить положительные значения силы тока , протекающего через ка -
тушку электромагнита соответствующие положительному значению индукции
магнитного по ля в зазоре электромагнита , от 0,02 до 0,2 Тл ( пять – десять значе -
ний равномерно расп оложенных в указанном интервале изменения
Проделать п . п 6-12 для силы тока , протекающего через исследуемый об -
1. Для осущест вления расчетов необходим о открыть окно « по строитель
Из таблицы определить значения ЭДС Холла в отсутствии магнитного
через исследуемый образец , и вычесть их из значения суммарной ЭДС Холла
EDS для текущей индукции магнитного по ля B , при соответствующей силе тока ,
Определить тип и концентрация свободных носителей заряда по формуле
Сопротивление исследуемого образца определяется по закону Ома
может быть определена из графика ( см . рис . 2) посре дством сле -
tg определяетс я из уравнения (8) применительно к области III .
Исследования эффекта Холла позволяют измерить не только концентрацию
свободных носителей заряда , но и их подвижность . Подвижность носителей заря -
да μ это скорость дрейфа носителей заряда в электрическом по ле единичной на -
где σ - электропроводность полупроводника . Зная величины
ких температур , можно постр оит ь температурную зависимость подвижности но -
сителей заряда , граф ик ко торой ст роится в координатах
Рис . 3. Зависимость подвижности носителей заряда от температуры
На рис .3 приведен пр имер температурной зависимости подвижности носите -
лей заряда в полупроводнике . Величина подвижности зависит от механизмов рас -
сеяния носителей заряда . В области высоких температур , когда амплитуда коле -
баний узлов кристаллической решетки велика , происх одит рассеяние носителей
заряда на фоно нах . По движность носителей заряда пропо рциональна
соответственно для полупроводнико в , содерж ащих невырожденный и вырожден -
ный электронный газ . При низких темп ератур ах рассеяние но сителей заряда про -
исходит на ионизированных примесях . Это т мех анизм рассеяния носителей заряда
заключается в следующем : движущиеся электроны либо притягиваются к атому
примеси , либо отталкиваются от него благодаря кулоновским силам , действую -
результате , при рассеянии на ионизированных примесях изменяется по направле -
нию скорость движения электронов . Для по лупроводников , со держащ их невыро -
Цель работы: исследовать зависимость ЭДС Холла от силы тока и величины индукции магнитного поля; определить концентрацию и тип носителей тока в полупроводнике путем измерения ЭДС Холла датчика.
Принадлежности: установка для изучения эффекта Холла ФПК-08.
Теоретическое введение
В 1879 году Эдвин Герберт Холл, будучи молодым студентом, открыл неожиданный эффект. Он обнаружил, что если поместить тонкую золотую пластинку в магнитное поле, направленное перпендикулярно плоскости этой пластинки, и пропустить через нее электрический ток, то в направлении, перпендикулярном направлению и магнитного поля, и тока, возникает разность потенциалов. Это явление получило название эффекта Холла. Оно является одним из так называемых гальваномагнитных явлений, возникающих при одновременном действии на вещество магнитного и электрического полей.
Эффектом Холла называется возникновение в металле или полупроводнике электрического поля , перпендикулярного току в образце и внешнему магнитному полю.
Рис. 1. Датчик Холла дырочного типа проводимости.
Этот эффект объясняется следующим: если через полупроводниковый или металлический образец (рис.1) пропустить электрический ток, плотностью (вдоль оси x), и одновременно поместить его в магнитное поле индукцией (направленное вдоль оси y), носители заряда , будут испытывать действие силы Лоренца (вдоль оси z):
(1)
Направление этой силы перпендикулярно и скорости движения зарядов, и направлению магнитного поля. Максимальна она в случае, когда магнитное поле перпендикулярно направлению тока в образце.
Скорость носителей заряда определяется плотностью тока, протекающего через образец:
(2)
где n - концентрация свободных носителей заряда в образце, - их дрейфовая скорость. Сила и плотность тока связаны соотношением:
(3)
(4)
где d - толщина, a - ширина исследуемой пластинки.
Под действием силы Лоренца носители заряда противоположных знаков будут сдвигаться к противоположным граням образца. Это движение будет продолжаться до тех пор, пока возникшее при разделении зарядов электрическое поле не скомпенсирует действие силы Лоренца:
(5)
Разность потенциалов, возникающая при этом вдоль оси z, называется холловской разностью потенциалов (или ЭДС Холла) и равна:
(6)
В рассмотренном случае (рис.1) и перпендикулярны друг другу, следовательно в скалярной форме уравнение (5) принимает вид:
(7)
С учетом приведенных выше формул получаем:
(8)
(9)
Константа называется постоянной Холла. Знак постоянной и, следовательно, направление ЭДС Холла зависят от знака носителей тока. Для свободных электронов постоянная Холла отрицательна. Положительная постоянная Холла означает, что носителями тока являются положительные заряды. Т.о., постоянная Холла для металлов и полупроводников электронного типа (n-типа), для полупроводников дырочного типа (р-типа).
Определив коэффициент Холла, можно рассчитать концентрацию основных носителей заряда в исследуемом образце.
Выражение (9) для постоянной Холла получено в предположении, что все носители тока имеют одинаковую скорость движения, которая к тому же не изменяется при движении носителей тока в веществе. Такое допущение справедливо для металлов, в которых ток переносится электронами, обладающими одной и той же энергией (энергией Ферми). Мы не учли, следовательно, что при движении в реальном веществе носители тока испытывают столкновения и потому рассеиваются на примесях, на колебаниях решетки. Учет рассеяния носителей тока в веществе приводит к несколько иному выражению для R, вид которого зависит от механизма рассеяния. Например, для чистых полупроводников с собственной проводимостью, когда рассеяние происходит главным образом на тепловых колебаниях решетки, для постоянной Холла получается выражение:
(10)
Если основное значение имеет рассеяние на ионизированных атомах примеси (т.е. в примесном полупроводнике), то справедливо выражение:
(10')
Для полупроводников со смешанной проводимостью, если концентрации электронов и дырок сравнимы друг с другом, постоянная Холла вычисляется по формуле:
(10')
где - концентрации дырок и электронов соответственно, - подвижности дырок и электронов.
Подвижностью носителей тока называется величина, численно равная дрейфовой скорости носителей заряда, которую они приобретают в электрическом поле с напряженностью 1 В/м:
(11)
Подвижностью свободных носителей заряда и их концентрацией определяется электропроводность материала . В частности, тип проводимости чистого полупроводника принято определять по соотношению подвижностей электронов и дырок. Если подвижность, к примеру, дырок оказывается больше подвижности электронов, то вещество проявляет свойства дырочного полупроводника.
Следует заметить, что приведенные выше расчеты справедливы для слабых магнитных полей. В сильных полях наблюдается не просто отклонение носителей зарядов к боковым граням образца, но и их "закручивание" вокруг линий индукции магнитного поля. Критерием применимости формулы (8) является выражение:
(12)
Рассмотренный эффект Холла, причиной которого является действие на движущиеся в магнитном поле заряды силы Лоренца, называется классическим эффектом Холла. Как следует из формулы (8), для классического эффекта Холла характерна линейная зависимость ЭДС от величины магнитного поля. Опыт между тем показывает, что в природе есть вещества, для которых эта зависимость нелинейна. Это свидетельствует о существовании другой причины эффекта Холла, которая может быть понята только с позиций квантовой теории твердого тела. В полупроводниках эффект Холла имеет в основном классическую природу, и для его описания справедливо выражение (8).
Эффект Холла сопровождается другим гальваномагнитным явлением - эффектом Эттингсгаузена, который заключается в возникновении в полупроводнике или металле градиента температур, в направлении, перпендикулярном току в образце и внешнему магнитному полю. Кратко его можно объяснить следующим образом: под действием силы Лоренца носители заряда движутся к боковым граням (как это было описано выше). При этом скорость их движения будет неодинаковой вследствие статистического разброса. На заряды, имеющие различную скорость магнитное поле будет действовать по-разному - быстрые носители заряда будут сильнее отклоняться и при это отдавать свою энергию кристаллической решетке, нагревая соответствующую грань. Медленные носители заряда у противоположной грани будут, наоборот, оттягивать энергию у кристаллической решетки, охлаждая ее. Тем самым противоположные грани образца будут иметь различную температуру.
Метод, основанный на использовании эффекта Холла, является наиболее эффективным современным способом определения типа проводимости полупроводников, а также концентрации свободных носителей заряда. Величина константы Холла позволяет сделать заключение о количестве примесей в полупроводнике.
Эффект Холла широко применяют при создании различных приборов и устройств в современной технике. В частности, на основе эффекта Холла работают некоторые виды ионных реактивных двигателей, датчики Холла - приборы, предназначенные для измерения величины магнитного поля, в том числе и для бесконтактного измерения магнитных полей.
Датчики Холла получили большое распространение в бесколлекторных, или вентильных, электродвигателях (сервомоторах). Датчики закрепляются непосредственно на статоре двигателя, они выступают в роли ДПР (датчика положения ротора). ДПР реализует обратную связь по положению ротора.
При помощи датчика Холла можно измерять любую физическую величину, которая однозначно связана с магнитным полем, например, силу тока. Амперметры на основе эффекта Холла рассчитаны на измерение токов до 100 кА.
Датчики Холла применяют в аналоговых перемножающих устройствах; при этом токи, пропорциональные перемножаемым величинам, используются один для питания датчика, другой - для создания магнитного поля. ЭДС Холла при этом оказывается пропорциональной произведению этих величин.
Кроме того, датчики Холла применяют в измерителях линейных и угловых перемещений, а также в измерителях градиента магнитного поля, магнитного потока и мощности электрических машин, в бесконтактных преобразователях постоянного тока в переменный. Также датчики Холла входят в конструкцию воспроизводящих головок систем звукозаписи.
После проведения эксперимента в 1879 году Эдвином Холлом при пропускании магнитного потока через тонкую пластину из золота было обнаружено возникновение на краях пластины разности потенциалов, то есть образовался эффект Холла.
В чем заключается эффект Холла
При помещении в магнитное поле пластины-проводника или полупроводника под 90 ° к направлению силовых линий магнитного потока произойдет перемещение электронов по поперечине пластины под действием силы Лоренца. Их направление зависит от того, в какую сторону идет сила тока и силовые линии магнитного потока. Иначе говоря, (ЭХ) эффект Холла – это частный случай действия силы Лоренца, то есть действия магнитного поля на заряженную частицу.
Это можно рассмотреть на простейшем примере.
Если представить расположенную к нам торцом пластину, то ее кромка направлена вниз. Она сделана из металла, оба торца подключены к источнику питания, задний из которых на минус, передний на плюс.
Данный случай говорит о том, что электрический ток будет протекать по направлению к наблюдателю. Справа и слева от пластины располагаются два магнита. Правый из них обращен к пластине северным полюсом, левый – южным. Делаем вывод, что данный случай показывает направление силовых линий магнитного поля справа налево, так как они всегда выходят из северного полюса и входят в южный. Силовые линии отклоняют электроны, которые проходят по пластине к ее верхней кромке.
При изменении направления тока в пластине при помощи перемены местами проводников мы сможем наблюдать отклонение электронов вниз. Если направление не менять, а только лишь полюса магнитов, электроны начнут сдвигаться вниз. Когда применяются оба направления, сила Лоренца произведет их перемещение вверх.
Очевидно, что одна из кромок накапливает отрицательный заряд под действием силы Лоренца, на другая на противоположной стороне – положительный. Это говорит о наличии разности потенциалов между ними, то есть электрического напряжения. Увеличение этой разности будет происходить до тех пор, пока не уравновесит силу Лоренца.
Возникновение разности потенциалов в таких случаях, получило название напряжения Холла, которое можно рассчитать, используя формулу:
U х о л л = - I B e t , где I является силой тока, B – вектором магнитной индукции, e – зарядом электрона, p – количеством электронов в единице объема, t – толщиной пластины.
Аномальный ЭХ
Имеются случаи, когда ЭХ может быть обнаружен в пластине без пропускания через нее магнитного потока. Это возможно при нарушении симметрии по отношению к обращению времени в системе. В частности, аномальный ЭХ способен проявляться в намагниченных материалах.
Квантовый ЭХ
Двумерные газы со средним расстоянием между частицами, уменьшенным до значения длины де Бройля на зависимости поперечного сопротивления к воздействию магнитного поля, подвержены возникновению плато сопротивления в поперечине. ЭХ квантуется только в сильных магнитных полях.
Магнитные потоки, обладающие больше силой индукции, имеют дробный квантовый ЭХ. Он взаимосвязан с перестроением внутренней структуры двумерной электронной жидкости.
Спиновый ЭХ
СЭХ можно наблюдать на не намагниченных проводниках, которые не переместили в поле действия силовых линий магнита. Суть эффекта – отклонение электронов с антипараллельными спинами к противоположным краям пластины.
Применение эффекта Холла
Применение метода Холла связано с изучением особенностей полупроводников. С его помощью стало возможным вычисление количества носителей заряда на единицу объема, а также их подвижность. При его использовании реально отличить электрон от квазичастицы с положительным зарядом.
ЭХ всегда считался основой для разработки датчиков Холла. Аппаратура предназначена для измерения напряженности магнитного поля. Их используют для построения моторов со следящим приводом. В моторах они исполняют роль датчика обратной связи. Они способны измерить угол поворота вала мотора.
Датчики Холла устанавливают в электростартерах ДВС, охлаждающих системах ПК, навигационных системах мобильных телефонов, в измерительных приборах для вычисления количества заряда.
Читайте также: