Эффект Холла

В 1879г. американский физик Холл обнаружил явление возникновения ЭДС в пластине полупроводника, эту ЭДС назвали эффектом Холла.

Если пропустить через пластину ПП электрический ток ( как показано на рисунке 5.21) по направлению оси Х, а затем создать магнитное поле Н_у перпендикулярное направлению тока, то на противоположных гранях (по оси Z) появиться ЭДС Холла.

Рисунок 5.21 – Схема возникновения ЭДС Холла

 

В отсутствие магнитного поля электроны двигаются в пластине в направлении электрического поля Е_х . При воздействии Н_у электроны будут отклоняться под действием силы Лоренца:

,

где е – заряд электрона;

В_у – индукция магнитного поля направленная вдоль оси Z;

– скорость электрона в направлении тока;

μ_n – подвижность электронов.

Создаваемая сила F направлена перпендикулярно к направлению магнитного поля и направлению тока. Поэтому электроны будут смещаться перпендикулярно их первоначальному движению. На зажиме А возникает избыток электронов, т.е. отрицательный потенциал относительно зажима Г. Образовавшиеся заряды создают поперечное электрическое поле, которое и назвали полем Холла.

Процесс образования объёмных зарядов у поверхности прекратится лишь тогда, когда напряжённость поля Холла будет полностью компенсировать действие на электроны силы Лоренца:

, откуда

или ,

где d – толщина пластины.

Протекающий через пластину с шириной В и сечении S ток обусловленный действием электрического поля, связан с концентрацией и скоростью электронов соотношением:

,

тогда ,

где - коэффициент Холла, связывающий поперечную разность потенциалов с индукцией магнитного поля. Значение R_x будет зависеть: от примеси, температуры и материала пластины.

Вывод: ЭДС Холла зависит: от физических свойств материала, от размеров пластины, от плотности тока и магнитного поля.

Применение эффекта Холла в датчиках для:

- измерения индукции магнитных полей (магнитометр);

- измерения токов и мощностей;

- измерения неэлектрических;

- измерения подвижности и концентрации носителей в веществе величин (силы, давления, углов перемещений, скорости, ускорения, температуры;

- изготовления магнитодиодов.

Магнитодиоды применяются для изготовления:

- измерителей магнитных полей (флюксметры) и для определения их направления (компасы);

- тахометрах, генераторах частоты, микрофоны, микрометры, измерители шероховатости;

- устройствах памяти, модуляции, схемах автоматического регулирования усиления;

- в датчиках электрических сигналов для измерения неэлектрических величин.

Магнитодиоды обладают в 1000 раз большей чувствительностью, чем датчики Холла.