Alkalmazása Hall-effektus
2. Annak vizsgálata közötti kapcsolat paramétereit anyagok az eredmények a Hall-effektus mérése.
1. Végezze el az elektromos mérések és mérése a Hall-effektus.
2. Határozza meg a koncentráció és mobilitását töltéshordozók a félvezető.
Fizikai jelenségek által okozott mozgás töltéshordozók hatása alatt a belső és külső területeken, illetve a hőmérséklet-különbség, az úgynevezett kinetikus jelenségek vagy transzport jelenségek. Ezek közé tartozik az elektromos és hővezető, galvanomagnetic, termomágneses és termoelektromos jelenségek. Kinetic jelenségek hátterében fotoelektromos és photomagnetic hatásokat. Között a különböző kinetikai hatások kombájn nevezett galvanomagnetic eredő hatásokat az anyagot helyezzük egy mágneses mezőt által áthaladó elektromos áram segítségével egy anyag egy elektromos mezőt. Más szóval, a galvanomagnetic jelenségek figyelhetők meg az anyag alatt kombinált akció a elektromos és mágneses mezők. A legfontosabb galvanomagnetic hatások a következők:
2. A magnetorezisztív hatás vagy mágneses;
3. Ettingshausen hatás vagy keresztirányú galvanomagnetic hatás;
4. Nernst vagy hosszirányú galvanomagnetic hatást.
A hatások sorrendjében szerepelnek azok gyakorlati jelentősége. A „hosszirányú” és „keresztirányú” tükrözik a relatív irányt a hőmérséklet-gradiens aktuális. Tekintsük ezeket a hatásokat
Amerikai fizikus Edwin Herbert Hall 1879 első leírt jelenség később nevezték el. Jelenség. Hall-nyitott, az, hogy a jelenlegi egy vezetőben helyezzük mágneses mező merőleges az áram irányára, egy elektromos mező merőleges irányban irányai áram és mágneses mező. A legfontosabb alkalmazása a Hall-hatás meghatározásához a koncentráció töltéshordozók anyag elektromos áram vezetésére, különösen félvezetők, amelyben a koncentráció töltéshordozók lehet önkényesen változtatni, például bevezetése miatt a szennyeződések.
Térjünk át a tisztán külső félvezetők, hogy meghatározza az elektron. Az ábrán a megjelenése a Hall-hatás az 1. ábrán látható.
A mintát egy téglalap alakú, elhelyezve hosszirányban az X tengely mentén. alkalmazott elektromos mező E. okozva elektromos áramsűrűség:
ahol: E - az abszolút értéke az elektron töltése; N - intrinsic koncentrációja elektronok a félvezető.
A mintát helyezünk a mágneses mező B párhuzamos Z tengellyel Ennek eredményeként a hatása mozgó hordozók Lorentz-erő
az elektronok eltérített negatív irányban az Y tengely (az elektron driftsebesség V ellen irányul a jelenlegi), és felhalmozódnak az oldalán (elülső) arcát a minta. Ezek felhalmozódása megy egészen a keresztirányú elektromos mező (Hall mező) nem kompenzálja a Lorentz erőtér irányába Y tengelyen.
Mivel a megjelenése keresztirányú Hall-mező E elektromos térerő a mintában a véges méretei forgatjuk néhány szöget zár be az X tengely # 966; n (Hall-szög), és a jelenlegi megy abba az irányba, X-tengely csak. Amint az 1. ábrán látható, ahol a szög által meghatározott kapcsolatban:
ahol # 956; - sodródás mobilitást.
Mivel a terem mező Ey kiegyensúlyozza a Lorentz-erő, akkor feltételezhető, hogy arányosnak kell lennie mind az erőtérrel és V. Jx áram a félvezető. Ezért az érték az úgynevezett Hall-hányados meghatározása a következő:
Megjegyzendő, hogy, mivel a terem mező ellen irányul Y tengely (ábra. 1), R együttható negatívnak kell lennie.
Másrészt, ha a töltéshordozók pozitív volt (lyuk a félvezető), a jel az X-komponens sebessége lenne megfordult, és a Lorentz-erő állandó marad az irányt. Ennek eredményeként, a csarnok területén lenne ellentétes irányban, ami azt a negatív töltésű hordozók.
Ebből a megállapítás azt jelenti, hogy a jel a terem elektromotoros erő meg tudja határozni a jele a töltéshordozók, és ezért a vezetési típusú félvezető.
Kiszámításához terem együttható, használjuk a kifejezést a teljes ható erő az elektronokat az elektromos és mágneses mezők. Általában, ez az erő határozza meg a vektor egyenlet:
Ábra. 1. rajz megjelenése a Hall-effektus hatására Lorentz-erők a mozgó elektronok.
A nagysága a Hall-térerősség határozza meg az egyensúlyt az irányt az Y tengely. ahol F = 0. Ezért:
Ezután, (1) egyenlet, van:
Összehasonlítva (4) és (7), azt látjuk, hogy:
Így a Hall-együttható fordítottan arányos a koncentráció hordozók és bármely más félvezető független paramétereken. A „mínusz” jel azt mutatja, az elektronikus vezetőképesség, lyuk vezetőképesség megfelel a „plusz” jel.
Annak meghatározására, gyakorlati alkalmazása a Hall-együttható a következő egyenlettel (7) helyett az elektromos mező intenzitása Ey területen potenciális.
Abban az esetben van egy homogén mintából:
ahol Ux - Hall-feszültség vagy e.d.s.Holla. Figyelembe véve, kifejezések (7) és (10) az EMF Hall:
ahol: - a és b keresztirányú méretei a minta, a, b (rendre a irányban Z és Y); IX - erőssége átfolyó áram a mintát; Bz - mágneses indukció.
A valóságban előállított elemi kimenete Hall együttható nem pontos: azt feltételezzük, hogy a fuvarozók azonos driftsebesség, és nem veszi figyelembe a természet az elektron sebessége eloszlás és a hordozó szórás mechanizmus.
A szigorúbb kifejezést a Hall együttható:
ahol r = <τ 2>/<τ> 2. r - felhívta a Hall-faktor # 964; - a relaxációs idő a töltéshordozók. Keresztül n ebben az esetben a megadott koncentrációban töltéshordozók (elektronok, illetve lyukak). Paraméter r értéke attribútum a merev test, és függ a hordozó szórási mechanizmus.
Így - a szóródás szennyező ionok r = 315π / 512 = 1,93, ami általában akkor fordul elő alacsony hőmérsékleten;
- amikor szórási a termikus rezgések a rács R = 3π / 8 = 1,18 - felel meg, a magasabb hőmérsékleten régió;
- amikor szóródás semleges szennyezések, valamint fémek és nagymértékben degenerált félvezetők r = 1.
A vegyes vezető félvezető egy gyenge mágneses mező () A terem együttható
Mivel abban az esetben, belső vezetési n = p = ni. majd beírja b = # 956; n / # 956; p, egy belső félvezető, megkapjuk:
t. e. Rl jel határozza meg, hogy milyen típusú hordozók, hogy nagyobb mobilitás. Jellemzően, az arány a sodródás mobilitások b> 1, és R <0. В частном случае собственного полупроводника, когда подвижности электронов и дырок равны между собой (n = p и μn = μp ), коэффициент Холла, а следовательно, и ЭДС Холла равны нулю.
Tól (13) az következik, hogy így a maximális érték RH célszerű használni félvezető ugyanolyan előjelű töltéshordozók. Ebben az esetben a (13) lesz (12) és a Hall-elektromotoros erő maximális.
Tekintsük most a termék a terem együttható RH és az elektromos vezetőképesség # 963; = En # 956; pusztán külső félvezető. Tekintettel (12)
Látjuk, hogy az értéke | RL | # 963; arányos a sodródás mobilitás # 956;. ahol az arányossági tényező egy dimenzió nélküli állandó R (a csarnok-faktor). Ezért az érték
Ez a dimenzió a mobilitás, és az úgynevezett Hall-mobilitást.
Így meghatározzuk kísérletileg RH. # 963; valamint figyelembe, hogy a termék, megkapjuk # 956; n. Ha tudja, hogy a szórási mechanizmus által # 956; n meg tudja határozni a sodródás mobilitási # 956; = # 956; n / r, és a RH - a koncentráció a töltéshordozók és azok jele; köszönhetően a Hall-effektus az egyik legfontosabb kutatási módszerek a félvezető.
A kifejezés a gyakorlati meghatározását Hall együttható nyerhető a (11) képlet:
A SI rendszerben Rx olyan a mérete, m 3 / Cl. Ezután, a (12) képletű megtalálja a koncentrációja töltéshordozók
Ezzel párhuzamosan a Hall-állandó meghatározott vezetőképességű minták „# 963;”. A mintát az adat mérete (2. ábra), a fajlagos vezetőképességet formula határozza meg:
Ennélfogva, lehetséges meghatározni a mobilitása elektronok és lyukak:
Alkalmazása Hall-effektus
Alapján a Hall-effektus létrehozásához számos berendezések és eszközök, értékes és különleges tulajdonságokkal, sőt fontos helyet foglalnak el a méréstechnika és automatika, rádió, és így tovább. D. eszközöket, amelyek alapján a Hall-effektus, az úgynevezett Hall-érzékelők.
Hall-érzékelők segítségével mérni a mágneses mező. Amint a (11) egy állandó áram EMF Hall egyenesen arányos a mágneses indukció. A lineáris függés e mennyiségek a Hall érzékelők előnyt indukciós mérők alapján mágneses.
Hall-érzékelők is lehetővé teszi a mérési az elektromos és mágneses jellemzőkkel a fém és félvezető. Jelenleg, mivel a nagy pontosságú adatok következetesség, megbízhatóság, ezek széles körben használják különböző területeken a tudomány és a technológia. A Hall-érzékelők használhatók ható erők mérésére, nyomások, szögek, és a mozgások egyéb nem elektromos mennyiségek. A termelés a Hall-hatás félvezető anyagok mérésére használt, a mobilitás és a hordozó koncentrációja ott. Erre a célra, egy speciálisan előkészített minta mért e. d. a. Hall-és nagysága ítélik a mobilitás és a hordozó koncentrációja a használt anyag gyártási félvezető eszközök.
Hall-érzékelők használnak autók, mert alacsony költségek, a minőség, a megbízhatóság és a képesség, hogy mostoha. Hall-érzékelők használt létrehozását érintésmentes unipoláris és bipoláris kapcsolók és kapcsolók. A fő előnye a Hall-érzékelők - érintésmentes, hiányában a mechanikai stressz és a környezetszennyezés.