Эффект Холла

Контактные, термоэлектрические и магнитные явления в полупроводниках

3.3.1 Контактные явления в полупроводниках

Если поместить полупроводник, через который протекает электрический или тепловой поток в магнитное поле, то в нём возникают гальваномагнитные и термомагнитные явления.

3.3.2 Гальваномагнитные эффекты в полупроводниках. Эффект Холла

Гальваномагнитными эффектами в полупроводниках называются такие явления, которые возникают при одновременном действии на полупроводник электрического и магнитного полей.

Все гальваномагнитные эффекты делятся на поперечные (действие эл. маг. Полей обнаруживается на гранях полупроводника, параллельных электрическому и магнитному полям) и продольные (проявляются вдоль образца).

К поперечным относится эффект Холла, к продольным, например, изменение сопротивления образца в магнитном поле.

Если полупроводник, вдоль которого течет электрический ток, поместить в магнитное поле, перпендикулярное направлению тока, то в полупроводнике возникает поперечное электрическое поле, перпендикулярное току и магнитному полю. Это явление получило название эффект Холла, а возникающая ЭДС – ЭДС Холла.

Эффект Холла лежит в основе принципа действия целого ряда полупроводниковых приборов, нашедших техническое применение.

Эффект Холла заключается в возникновении ЭДС Холла на гранях полупроводникового бруска с током, помещенного в магнитное поле. Величина ЭДС Холла определяется векторным произведением тока I и магнитной индукции B. На рисунке изображен случай дырочного полупроводника. Знак ЭДС Холла легко определить по правилу левой руки. Отогнув в сторону большой палец, найдем направление смещения основных носителей заряда для данного типа полупроводника. Рассчитывается ЭДС Холла так

U_x=R_x(IB/b),

где R_x - постоянная Холла R=-A/(nq) - для n -полупроводника, R=B/(pq) - для p -полупроводника,(n и p концентрации электронов и дырок); A и B - коэффициенты, значения которых от 0.5 до 2.0 для различных образцов. В сильных полях или для вырожденных полупроводников A=B=1.0. Для монокристаллических образцов с совершенной структурой A=B=3/8.

Наиболее часто датчики Холла изготовляют на основе селенида и теллурида ртути (HgTe, HgSe), антимонида индия (InSb) и других полупроводниковых материалов в виде тонких пленок или пластинок. С их помощью возможно измерение магнитной индукции или напряженнности магнитного поля, силы тока и мощности, а при подведении к контактам переменных напряжений - и преобразование сигналов. По измерению ЭДС Холла можно определить знак носителей заряда, рассчитать их концентрацию и подвижность.

3.3.3 Термоэлектрические явления в полупроводниках. Эффекты Зеебека, Пельтье, Томпсона

К важнейшим термоэлектрическим явлениям в полупроводниках относятся эффекты Зеебека, Пельтье и Томпсона. Сущность явления Зеебека состоит в том, что в электрической цепи, состоящей из последовательно соединенных разнородных полупроводников или полупроводника и металла, возникает ЭДС, если концами этих материалов существует разность температур.

На рисунке представлена цепь из двух спаев. Один конец спая нагрет до температуры Т₁, а другой до температуры Т₂, пусть Т₂ > Т₁. При этом в цепи обнаруживается электродвижущая сила – термоЭДС, которая в этом случае равна

Е= a(Т₂-Т₁),

Где a - коэффициент термоЭДС, который определяется материалами двух ветвей.

Т₂>Т₁