Холла ефект
Виникнення поперечного електричного поля в провіднику або напівпровіднику з струмом при приміщенні його в магнітне поле
Ефектом Холла називається виникнення поперечного електричного поля і різниці потенціалів в провіднику або напівпровіднику, за якими проходить електричний струм, при приміщенні їх в магнітне поле, перпендикулярне до напрямку струму.
Якщо в магнітне поле з індукцією B помістити провідник або електронний напівпровідник, по якому тече електричний струм щільності j. то на електрони, які рухаються зі швидкістю v в магнітному полі, діє сила Лоренца F. відхиляє їх в певну сторону (рис. 1).
Дія сили Лоренца на рухомий негативний заряд
На протилежному боці скупчуються позитивні заряди.
У дірковому полупроводнике знаки зарядів на поверхнях змінюються на протилежні (рис. 2).
Дія сили Лоренца на рухомий позитивний заряд
Поперечний електричне поле перешкоджає відхиленню рухомих заряджених частинок магнітним полем. Утвориться різниця потенціалів:
де I - сила струму;
d - лінійний розмір зразка в напрямку вектора B;
R - постійна Холла.
Напруженість поперечного електричного поля визначається співвідношенням:
Ефект Холла має феноменологічний характер.
Для металів і домішкових напівпровідників з одним типом провідності:
R = A / cnq (в гаусом системі),
де с = 3 * 10 8 м / с - електродинамічна постійна;
q і n - заряд і концентрація носіїв струму;
А - безрозмірний числовий коефіцієнт порядку одиниці, пов'язаний зі статистичними характером розподілу швидкостей носіїв струму.
За знаком постійної Холла визначають тип провідності напівпровідника або провідника: при електронної провідності q = - e (e - заряд електрона) і R <0; при дырочной проводимости q = e и R> 0. За величиною R можна визначити концентрацію носіїв струму.
Для напівпровідників зі змішаною провідністю (n-типу і р-типу) постійна Холла в загальному випадку залежить не тільки від подвижностей і концентрацій обох типів носіїв струму - електронів (u e. Ne) і дірок (uk, nk) - але і від величини магнітної індукції. Для слабких магнітних полів, тобто за умови:
B < B / c < постійна Холла дорівнює: R = (A / e) (u k n k - u e 2 n e) / (u k n k + u e n e) 2 (в СІ), R = (A / сe) (u k n k - u e 2 n e) / (u k n k + u e n e) 2 (в гаусом системі). Знак постійної Холла дозволяє визначити тип переважної провідності напівпровідника. Ефект відкритий американським фізиком Е. Хол (E.Hall; 1855-1938). Час ініціації (log t o від -7 до -6); Час існування (log t c від -13 до -15); Час деградації (log t d від -4 до -3); Час оптимального прояви (log t k від -3 до -2). Технічні реалізації ефекту Технічна реалізація - датчик Холла - показана на рис. 3. Технічна реалізація ефекту Холла в датчику Холла У магнітному полі з індукцією В знаходиться напівпровідникова пластинка, наприклад, з арсеніду іридію або антімоніда індію, через яку протікає електричний струм I. Дія ефекту Холла полягає в тому, що на бічних сторонах пластинки перпендикулярно напрямку струму виникає різниця потенціалів - напруга Холла або ЕРС Холла U H. Максимальне значення UH приймає при збігу вектора В з нормаллю до платівці. Використовують ефект Холла датчики Холла застосовуються в генераторах Холла (рис. 4) і датчиках струму. Генератор Холла - вимірювальний прилад для визначення індукції магнітного поля Його принцип дії заснований на вимірюванні ЕРС Холла U H. пропорційної магнітної індукції поля, при постійному керуючому струмі I st. За допомогою додаткового опору R V встановлюється оптимальне значення керуючого струму, яке контролюється вольтметром через падіння напруги на резисторі R N. Цей же вольтметр перемикається для вимірювання ЕРС Холла. При наявності двох прямокутних розташованих навпроти один одного датчиків Холла можна визначити напрямок магнітного поля. 1. Яворський Б.М. Детлаф А.А. Довідник по фізіке.- М. Наука, 1968. 2. Шульц Ю. Електровимірювальна техніка 1000 понять для практиків; Пер. з нем.- М. Вища школа, 1989. Розділи природничих наук: