Co to jest efekt Halla w metalach i półprzewodnikach

Wypróbuj Nasz Instrument Do Eliminowania Problemów





Efekt Halla został wprowadzony przez amerykańskiego fizyka Edwina H. Halla w 1879 roku. Opiera się on na pomiarze pola elektromagnetycznego. Jest również nazywany zwykłym efektem Halla. Gdy przewodnik przewodzący prąd jest prostopadły do ​​pola magnetycznego, generowane napięcie jest mierzone pod kątem prostym do ścieżki prądu. Gdzie przepływ prądu jest podobny do przepływu cieczy w rurze. Po pierwsze zastosowano go do klasyfikacji próbek chemicznych. Po drugie, miało to zastosowanie w Czujnik Halla gdzie był używany do pomiaru pól prądu stałego magnesu, gdzie czujnik jest nieruchomy.

Zasada efektu Halla

Efekt Halla definiuje się jako różnicę napięcia generowanego na przewodniku przewodzącym prąd, jest poprzeczna do prądu elektrycznego w przewodniku i przyłożonego pola magnetycznego prostopadłego do prądu.




Efekt Halla = indukowane pole elektryczne / gęstość prądu * przyłożone pole magnetyczne - (1)

efekt halla

efekt halla



Teoria efektu Halla

Prąd elektryczny definiuje się jako przepływ naładowanych cząstek w ośrodku przewodzącym. Przepływające ładunki mogą być naładowane ujemnie - elektrony „e-” / naładowane dodatnio - otwory „+”.

Przykład

Rozważ cienką przewodzącą płytkę o długości L i połącz oba końce płytki z baterią. Gdzie jeden koniec jest połączony od dodatniego końca baterii do jednego końca płytki, a drugi koniec jest połączony od ujemnego końca baterii do drugiego końca płytki. Teraz obserwujemy, że obecnie zaczyna płynąć od ładunku ujemnego do dodatniego końca płytki. W wyniku tego ruchu generowane jest pole magnetyczne.


teoria efektu halla

teoria efektu halla

Lorentz Force

Na przykład, jeśli umieścimy nagie pole magnetyczne w pobliżu przewodnika, pole magnetyczne zakłóci pole magnetyczne nośników ładunku. Ta siła, która zniekształca kierunek nośników ładunku, jest znana jako siła Lorentza.

Z tego powodu elektrony przesuną się na jeden koniec płytki, a dziury na drugi koniec płytki. Tutaj napięcie Halla jest mierzone między dwoma stronami płyt z a multimetr . Ten efekt jest również znany jako efekt Halla. Gdzie prąd jest wprost proporcjonalny do odchylonych elektronów z kolei proporcjonalny do różnicy potencjałów między obiema płytami.

Im większy prąd, tym większe odchylone elektrony, dzięki czemu możemy zaobserwować dużą różnicę potencjałów między płytami.

Napięcie Halla jest wprost proporcjonalne do prądu elektrycznego i przyłożonego pola magnetycznego.

VH = I B / q n d - (dwa)

I - prąd płynący w czujniku
B - Siła pola magnetycznego
q - Naładuj
n - nośniki opłat na jednostkę objętości
d - Grubość czujnika

Wyprowadzenie współczynnika Halla

Niech prąd IX jest gęstością prądu, JX razy pole korekcyjne przewodnika wt.

IX = JX wt = n q vx w t ---- (3)

Zgodnie z prawem Ohma, jeśli prąd wzrośnie, pole również się zwiększy. Który jest podany jako

JX = σ EX , ---- (4)

Gdzie σ = przewodnictwo materiału w przewodniku.

Rozważając powyższy przykład umieszczenia pręta magnetycznego pod kątem prostym do przewodnika, wiemy, że działa na niego siła Lorentza. Po osiągnięciu stanu ustalonego nie będzie przepływu ładunku w żadnym kierunku, który można przedstawić jako:

EY = Vx Bz , ----- (5)

EY - pole elektryczne / pole Halla w kierunku y

Bz - pole magnetyczne w kierunku z

VH = - ∫0w EY dzień = - Ey w ———- (6)

VH = - ((1 / n q) IX Bz) / t, ———– (7)

Gdzie RH = 1 / nq ———— (8)

Jednostki efektu Halla: m3 / C

Hall Mobility

µ p lub µ n = σ n R H ———— (9)

Ruchliwość Halla jest definiowana jako µ p lub µn to przewodnictwo spowodowane elektronami i dziurami.

Gęstość strumienia magnetycznego

Definiuje się go jako wielkość strumienia magnetycznego w obszarze przyjmowanym pod kątem prostym do kierunku strumienia magnetycznego.

B = VH d / RH I. ——– (1 0)

Efekt Halla w metalach i półprzewodnikach

W zależności od pola elektrycznego i pola magnetycznego, nośniki ładunków poruszające się w ośrodku napotykają pewien opór z powodu rozpraszania między nośnikami i zanieczyszczeniami, a także nośnikami i atomami materiału poddawanego drganiom. Dlatego każdy przewoźnik rozprasza się i traci energię. Co można przedstawić za pomocą następującego równania

efekt Halla w metalach i półprzewodnikach

efekt Halla w metalach i półprzewodnikach

F opóźniony = - mv / t , ----- (jedenaście)

t = średni czas między zdarzeniami rozpraszania

Zgodnie z prawem sekund Newtona,

M (dv / dt) = (q (E + v * B) - m v) / t —— (1 2)

m = masa nośnika

Gdy wystąpi stan ustalony, parametr „v” zostanie pominięty

Jeśli „B” przebiega wzdłuż współrzędnej z, możemy otrzymać zestaw równań „v”

vx = (qT Ex) / m + (qt BZ vy) / m ———– (1 3)

vy = (qT Ey) / m - (qt BZ vx) / m ———— (1 4)

vz = qT Ez / m ---- ( piętnaście )

Wiemy to Jx = n q vx ————— (1 6)

Podstawiając w powyższych równaniach możemy go zmodyfikować jako

Jx = (σ / (1 + (wc t) 2)) (Ex + wc t Ey) ———– (1 7)

J y = (σ * (Ey - wc t Ex) / (1 + (wc t) 2 ) ———- (1 8)

Jz = σ Ez ———— (1 9)

Wiemy to

σ n q2 t / m ---- ( 20 )

σ = przewodnictwo

t = czas relaksacji

i

wc q Bz / m ----- ( dwadzieścia jeden )

wc = częstotliwość cyklotronu

Częstotliwość cyklotronu jest definiowana jako częstotliwość rotacji ładunku w polu magnetycznym. Jaka jest siła pola.

Co można wyjaśnić w następujących przypadkach, aby wiedzieć, czy nie jest mocne i / lub „t” jest krótkie

Przypadek (i): Jeśli wc t<< 1

Wskazuje na słabą granicę pola

Przypadek (ii): Jeśli wc t >> 1

Wskazuje na silny limit pola.

Zalety

Zalety efektu halla są następujące.

  • Szybkość działania jest wysoka, tj. 100 kHz
  • Pętla operacji
  • Zdolność do pomiaru dużego prądu
  • Może mierzyć prędkość zerową.

Niedogodności

Wady efektu halla są następujące.

  • Nie może mierzyć przepływu prądu większego niż 10 cm
  • Istnieje duży wpływ temperatury na nośniki, który jest wprost proporcjonalny
  • Nawet przy braku pola magnetycznego obserwuje się małe napięcie, gdy elektrody są wyśrodkowane.

Zastosowania efektu Halla

Zastosowania efektu halla są następujące.

  • Czujnik pola magnetycznego
  • Używany do mnożenia
  • Do pomiaru prądu stałego wykorzystuje Tong Tester z efektem Halla
  • Możemy mierzyć kąty fazowe
  • Możemy również zmierzyć przetwornik przemieszczeń liniowych
  • Napęd statku kosmicznego
  • Wykrywanie zasilania

Więc Efekt Halla jest oparty na Elektromagnetyczny zasada. Tutaj widzieliśmy wyprowadzenie współczynnika Halla, również efektu Halla w metalach i Półprzewodniki . Oto pytanie, w jaki sposób efekt Halla ma zastosowanie w pracy z zerową prędkością?