Hall Effect ในโลหะและเซมิคอนดักเตอร์คืออะไร

Hall Effect ได้รับการแนะนำโดยนักฟิสิกส์ชาวอเมริกัน Edwin H. Hall ในปี พ.ศ. 2422 โดยอ้างอิงจากการวัดของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า นอกจากนี้ยังมีชื่อเป็น Hall Effect ธรรมดา เมื่อตัวนำกระแสไฟฟ้าตั้งฉากกับสนามแม่เหล็กแรงดันไฟฟ้าที่สร้างขึ้นจะถูกวัดที่มุมฉากกับเส้นทางปัจจุบัน ในกรณีที่การไหลของกระแสคล้ายกับของเหลวที่ไหลในท่อ ประการแรกถูกนำไปใช้ในการจำแนกตัวอย่างทางเคมี ประการที่สองมันสามารถใช้ได้ใน เซ็นเซอร์ Hall Effect ที่ซึ่งใช้วัดสนาม DC ของแม่เหล็กโดยที่ เซ็นเซอร์ จะอยู่กับที่

หลักการของ Hall Effect

Hall Effect หมายถึงความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าที่สร้างขึ้นบนตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้าตามขวางกับกระแสไฟฟ้าในตัวนำและสนามแม่เหล็กที่ใช้ในแนวตั้งฉากกับกระแสไฟฟ้า

Hall Effect = สนามไฟฟ้าเหนี่ยวนำ / ความหนาแน่นของกระแส * สนามแม่เหล็กที่ใช้ - (1)

ห้องโถงผล

ทฤษฎี Hall Effect

กระแสไฟฟ้าหมายถึงการไหลของอนุภาคที่มีประจุในตัวกลางที่เป็นตัวนำไฟฟ้า ประจุไฟฟ้าที่ไหลอาจเป็นประจุลบ - อิเล็กตรอน 'e-' / ประจุบวก - หลุม '+'

ตัวอย่าง

พิจารณาแผ่นนำไฟฟ้าแบบบางที่มีความยาว L และเชื่อมต่อปลายทั้งสองด้านของแผ่นด้วยแบตเตอรี่ ที่ปลายด้านหนึ่งต่อจากปลายขั้วบวกของแบตเตอรี่ไปยังปลายด้านหนึ่งของแผ่นและอีกด้านหนึ่งเชื่อมต่อจากปลายด้านลบของแบตเตอรี่ไปยังอีกด้านหนึ่งของแผ่น ตอนนี้เราสังเกตว่าปัจจุบันเริ่มไหลจากประจุลบไปยังปลายด้านบวกของจาน เนื่องจากการเคลื่อนที่นี้สนามแม่เหล็กจึงถูกสร้างขึ้น

ทฤษฎี - โถง - ผล

ลอเรนซ์ฟอร์ซ

ตัวอย่างเช่นถ้าเราวางแม่เหล็กเปล่าไว้ใกล้ ๆ ตัวนำสนามแม่เหล็กจะรบกวนสนามแม่เหล็กของตัวพาประจุ แรงที่บิดเบือนทิศทางของตัวพาประจุนี้เรียกว่าแรงลอเรนซ์

ด้วยเหตุนี้อิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่ไปที่ปลายด้านหนึ่งของแผ่นเปลือกโลกและรูจะเคลื่อนที่ไปยังอีกด้านหนึ่งของจาน ที่นี่วัดแรงดันฮอลล์ระหว่างแผ่นทั้งสองด้านด้วย มัลติมิเตอร์ . เอฟเฟกต์นี้เรียกอีกอย่างว่า Hall Effect ในกรณีที่กระแสเป็นสัดส่วนโดยตรงกับอิเล็กตรอนที่เบี่ยงเบนในทางกลับกันเป็นสัดส่วนกับความต่างศักย์ระหว่างจานทั้งสอง

กระแสที่มีขนาดใหญ่กว่าคืออิเล็กตรอนที่เบี่ยงเบนและด้วยเหตุนี้เราจึงสามารถสังเกตความต่างศักย์สูงระหว่างแผ่นเปลือกโลกได้

Hall Voltage เป็นสัดส่วนโดยตรงกับกระแสไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กที่ใช้

VH = ฉัน B / q n d - (สอง)

I - กระแสที่ไหลในเซนเซอร์
B - ความแรงของสนามแม่เหล็ก
q - ชาร์จ
n - ผู้ให้บริการเรียกเก็บเงินต่อหน่วยปริมาตร
d - ความหนาของเซ็นเซอร์

การหาค่าสัมประสิทธิ์ฮอลล์

ให้ IX ปัจจุบันคือความหนาแน่นกระแส JX คูณพื้นที่ราชทัณฑ์ของตัวนำ wt

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

ตามกฎหมายของโอห์มหากกระแสเพิ่มขึ้นฟิลด์จะเพิ่มขึ้นด้วย ซึ่งกำหนดให้เป็น

JX = σ EX , ---- (4)

โดยที่σ = การนำไฟฟ้าของวัสดุในตัวนำ

เมื่อพิจารณาจากตัวอย่างข้างต้นของการวางแท่งแม่เหล็กเป็นมุมฉากกับตัวนำเรารู้ว่ามันสัมผัสกับแรงลอเรนซ์ เมื่อถึงสถานะคงที่จะไม่มีการไหลของประจุในทิศทางใด ๆ ซึ่งสามารถแสดงเป็น

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

EY - สนามไฟฟ้า / สนามฮอลล์ในทิศทาง y

Bz - สนามแม่เหล็กในทิศทาง z

VH = - ∫0w EY day = - Ey w ———- (6)

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

โดยที่ RH = 1 / nq ———— (8)

หน่วยของ Hall Effect: m3 / C

ความคล่องตัวในห้องโถง

µ p หรือ µ n = σ n R H ———— (9)

Hall mobility ถูกกำหนดให้เป็น µ p หรือ µ n คือการนำไฟฟ้าเนื่องจากอิเล็กตรอนและโฮล

ความหนาแน่นของฟลักซ์แม่เหล็ก

มันถูกกำหนดให้เป็นจำนวนของฟลักซ์แม่เหล็กในพื้นที่ที่ทำมุมฉากกับทิศทางของฟลักซ์แม่เหล็ก

B = VH d / RH I ——– (1 0)

Hall Effect ในโลหะและเซมิคอนดักเตอร์

ตามสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กผู้ให้บริการประจุไฟฟ้าซึ่งเคลื่อนที่ไปในตัวกลางจะพบกับความต้านทานเนื่องจากการกระจัดกระจายระหว่างพาหะและสิ่งสกปรกพร้อมกับพาหะและอะตอมของวัสดุที่อยู่ระหว่างการสั่นสะเทือน ดังนั้นผู้ให้บริการแต่ละรายจึงกระจัดกระจายและสูญเสียพลังงานไป ซึ่งสามารถแทนได้ด้วยสมการต่อไปนี้

ฮอลล์เอฟเฟกต์ในโลหะและเซมิคอนดักเตอร์

F ปัญญาอ่อน = - mv / t , ----- (สิบเอ็ด)

t = เวลาเฉลี่ยระหว่างเหตุการณ์ที่กระจาย

ตามกฎของนิวตันวินาที

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

m = มวลของพาหะ

เมื่อสภาวะคงที่เกิดขึ้นพารามิเตอร์ 'v' จะถูกละเลย

ถ้า 'B' อยู่ตามพิกัด z เราจะได้ชุดของสมการ 'v'

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

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

vz = qT Ez / m ---- (สิบห้า)

เรารู้ว่า Jx = n q vx ————— (1 6)

การแทนที่ในสมการข้างต้นเราสามารถแก้ไขเป็น

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)

เรารู้ว่า

σ n q2 ตัน / ม ---- ( ยี่สิบ )

σ = การนำไฟฟ้า

t = เวลาพักผ่อน

และ

wc q Bz / m ----- ( ยี่สิบเอ็ด )

wc = ความถี่ไซโคลตรอน

Cyclotron Frequency ถูกกำหนดให้อยู่ในความถี่สนามแม่เหล็กของการหมุนของประจุ ซึ่งเป็นจุดแข็งของสนาม.

ซึ่งสามารถอธิบายได้ในกรณีต่อไปนี้เพื่อให้ทราบว่ามันไม่แข็งแรงและ / หรือ 't' สั้น

กรณี (i): ถ้า wc t<< 1

บ่งบอกถึงขีด จำกัด ของฟิลด์ที่อ่อนแอ

กรณี (ii): ถ้า wc t >> 1

มันบ่งบอกถึงขีด จำกัด ฟิลด์ที่แข็งแกร่ง

ข้อดี

ข้อดีของ Hall-Effect มีดังต่อไปนี้

• ความเร็วในการทำงานสูงเช่น 100 kHz
• วนการดำเนินการ
• ความสามารถในการวัดกระแสไฟฟ้าขนาดใหญ่
• สามารถวัดความเร็วเป็นศูนย์ได้

ข้อเสีย

ข้อเสียของ Hall-effect มีดังต่อไปนี้

• ไม่สามารถวัดการไหลของกระแสที่มากกว่า 10 ซม
• มีผลกระทบอย่างมากของอุณหภูมิต่อพาหะซึ่งเป็นสัดส่วนโดยตรง
• แม้ในกรณีที่ไม่มีสนามแม่เหล็กจะสังเกตเห็นแรงดันไฟฟ้าขนาดเล็กเมื่ออิเล็กโทรดอยู่ที่กึ่งกลาง

การใช้งาน Hall Effect

แอพพลิเคชั่นของ Hall-effect มีดังต่อไปนี้

• Senor สนามแม่เหล็ก
• ใช้สำหรับการคูณ
• สำหรับการวัดกระแสตรงจะใช้ Hall Effect Tong Tester
• เราสามารถวัดมุมเฟส
• เรายังสามารถวัดตัวแปลงสัญญาณ Linear displacements
• การขับเคลื่อนของยานอวกาศ
• การตรวจจับแหล่งจ่ายไฟ

ดังนั้นไฟล์ Hall Effect ขึ้นอยู่กับไฟล์ แม่เหล็กไฟฟ้า หลักการ. ที่นี่เราได้เห็นที่มาของค่าสัมประสิทธิ์ฮอลล์รวมถึงเอฟเฟกต์ฮอลล์ในโลหะและ เซมิคอนดักเตอร์ . นี่คือคำถาม Hall Effect ใช้กับ Zero speed operation ได้อย่างไร?