Эффект Холла

Лабораторная работа № 14

Эффект Холла в полупроводниках

Цель работы: изучение эффекта Холла, определение проводимости полупроводника, постоянной Холла, концентрации и подвижности носителей заряда в полупроводнике.

Теоретическая часть

Эффект Холла

На точечный заряд q, движущийся со скоростью в магнитном поле c индукцией , действует сила Лоренца

.

Эта сила, перпендикулярная и скорости движения заряда, и направлению магнитного поля, приводит к эффекту Холла, который можно наблюдать в металлах и полупроводниках.

Суть эффекта Холла рассмотрим на следующем примере. Образец в виде прямоугольной пластинки полупроводника поместим в магнитное поле (рис.1, а), направленное от нас, и пропустим через образец электрический ток плотностью слева направо.

а б

Рис.1. Образец для измерения холловского напряжения.

В полупроводнике носителями заряда являются отрицательно заряженные электроны и положительно заряженные дырки. Сила Лоренца, действующая на них, имеет одинаковое направление, несмотря на то, что электроны и дырки движутся в противоположных направлениях. Если концентрация носителей одного типа преобладает (примесный полупроводник n - или р -типа), то верхняя и нижняя грани пластинки будут заряжены зарядами противоположного знака. При этом возникает электрическое поле , противоположное по отношению к (рис.1, б). Это поле называется полем Холла, а явление возникновения поперечного электрического поля под действием магнитного поля называется эффектом Холла.

Если наряду с магнитным существует и электрическое поле, то выражение для силы Лоренца приобретает вид:

.

При отсутствии тока в поперечном направлении проекция силы Лоренца на это направление равна нулю: . В результате

. (1)

Это выражение будет использовано для определения разности потенциалов Холла.