Kaj je Hallov učinek v kovinah in polprevodnikih

Preizkusite Naš Instrument Za Odpravo Težav





Hall Effect je leta 1879 predstavil ameriški fizik Edwin H.Hall. Temelji na meritvah elektromagnetnega polja. Imenuje se tudi kot navaden Hall Effect. Ko je vodnik, ki prenaša tok, pravokoten na magnetno polje, se ustvarjena napetost meri pod pravim kotom na tokovno pot. Kjer je tok toka podoben toku tekočine v cevi. Najprej je bil uporabljen pri razvrščanju kemijskih vzorcev. Drugič, veljalo je za Hallov senzor učinka kjer je bil uporabljen za merjenje enosmernih polj magneta, kjer senzor je nepremičen.

Načelo Hallovega učinka

Hallov učinek je opredeljen kot razlika v napetosti, ki nastane na vodniku, ki nosi tok, je prečna na električni tok v vodniku in uporabljeno magnetno polje pravokotno na tok.




Hallov učinek = inducirano električno polje / gostota toka * uporabljeno magnetno polje - (1)

učinek dvorane

učinek dvorane



Teorija Hallovega učinka

Električni tok je opredeljen kot pretok nabitih delcev v prevodnem mediju. Naboji, ki tečejo, so lahko negativno nabiti - elektroni 'e-' / pozitivno nabiti - luknje '+'.

Primer

Razmislite o tanki prevodni plošči dolžine L in oba konca plošče povežite z baterijo. Kjer je en konec povezan s pozitivnega konca baterije na en konec plošče, drugi konec pa z negativnega konca akumulatorja na drug konec plošče. Zdaj opažamo, da trenutno začne teči od negativnega naboja do pozitivnega konca plošče. Zaradi tega gibanja nastane magnetno polje.


teorija Hall-efekta

teorija Hall-efekta

Lorentzova sila

Če na primer postavimo magnetno golo v bližini vodnika, bo magnetno polje motilo magnetno polje nosilcev naboja. Ta sila, ki izkrivlja smer nosilcev naboja, je znana kot Lorentzova sila.

Zaradi tega se bodo elektroni premaknili na en konec plošče, luknje pa na drug konec plošče. Tu se napetost Halla meri med dvema stranema plošč z a multimeter . Ta učinek je znan tudi kot Hallov učinek. Kjer je tok neposredno sorazmeren z odklonjenimi elektroni, je sorazmeren potencialni razliki med obema ploščama.

Večji kot sedanji je večji odklonjeni elektroni, zato lahko opazimo veliko potencialno razliko med ploščami.

Hallova napetost je neposredno sorazmerna z električnim tokom in uporabljenim magnetnim poljem.

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

I - Tok, ki teče v senzorju
B - Jakost magnetnega polja
q - polnjenje
n - nosilci naboja na enoto prostornine
d - Debelina senzorja

Izpeljava Hallovega koeficienta

Naj je tok IX gostota toka, JX pomnožena s korekcijsko površino vodnika wt.

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

Po ohmskem zakonu se s povečanjem toka povečuje tudi polje. Kar je podano kot

JX = σ EX , ---- (4)

Kjer je σ = prevodnost materiala v vodniku.

Glede na zgornji primer namestitve magnetne palice pravokotno na vodnik vemo, da ima Lorentzovo silo. Ko dosežemo stabilno stanje, ne bo toka naboja v nobeni smeri, ki bi ga lahko predstavili kot,

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

EY - električno polje / Hallovo polje v smeri y

Bz - magnetno polje v smeri z

VH = - ∫0w EY dan = - Ey w ———- (6)

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

Kjer je RH = 1 / nq ———— (8)

Enote Hall-ovega učinka: m3 / C

Mobilnost dvorane

µ p ali µ n = σ n R H ———— (9)

Mobilnost Halla je definirana kot µ p ali µ n prevodnost zaradi elektronov in lukenj.

Gostota magnetnega pretoka

Opredeljena je kot količina magnetnega pretoka na območju, ki je pravokotno usmerjeno proti smeri magnetnega pretoka.

B = VH d / RH I ——– (1 0)

Hallov učinek v kovinah in polprevodnikih

Glede na električno polje in magnetno polje imajo nosilci naboja, ki se gibljejo v mediju, nekaj razpornosti zaradi sipanja med nosilci in nečistočami, skupaj z nosilci in atomi materiala, ki je podvržen vibracijam. Zato se vsak nosilec razprši in izgubi svojo energijo. Kar lahko predstavimo z naslednjo enačbo

učinek dvorane v kovinah in polprevodnikih

učinek dvorane v kovinah in polprevodnikih

F zaostali = - mv / t , ----- (enajst)

t = povprečni čas med razpršenimi dogodki

Po Newtonovem zakonu o sekundah

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

m = masa nosilca

Ko nastopi stabilno stanje, bo parameter 'v' zanemarjen

Če je 'B' vzdolž z-koordinate, lahko dobimo niz enačb '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 ---- (petnajst)

To vemo Jx = n q vx ————— (1 6)

Z nadomestitvijo v zgornjih enačbah jo lahko spremenimo kot

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)

To vemo

σ n q2 t / m ---- (dvajset)

σ = prevodnost

t = čas sprostitve

in

wc q Bz / m ----- ( enaindvajset )

wc = frekvenca ciklotrona

Frekvenca ciklotrona je definirana kot frekvenca vrtenja naboja v magnetnem polju. Kar je moč polja.

Kar je mogoče razložiti v naslednjih primerih, če želite vedeti, če ni močan in / ali je „t“ kratek

Primer (i): Če wc t<< 1

Označuje šibko mejo polja

Primer (ii): Če je wc t >> 1

Označuje močno mejo polja.

Prednosti

Prednosti učinka dvorane vključujejo naslednje.

  • Hitrost delovanja je velika, to je 100 kHz
  • Zanka operacij
  • Zmogljivost merjenja velikega toka
  • Lahko meri nič hitrost.

Slabosti

Slabosti učinka dvorane vključujejo naslednje.

  • Ne more izmeriti pretoka toka, večjega od 10 cm
  • Obstaja velik učinek temperature na nosilce, ki je neposredno sorazmeren
  • Tudi v odsotnosti magnetnega polja opazimo majhno napetost, ko so elektrode v središču.

Aplikacije Hallovega učinka

Aplikacije halskega učinka vključujejo naslednje.

  • Senzor magnetnega polja
  • Uporablja se za množenje
  • Za merjenje enosmernega toka uporablja tester testerja Hall Effect
  • Izmerimo lahko fazne kote
  • Izmerimo lahko tudi pretvornik linearnih premikov
  • Pogon vesoljskih plovil
  • Zaznavanje napajanja

Tako je Hallov učinek temelji na Elektromagnetno načelo. Tu smo videli izpeljavo Hallovega koeficienta, tudi Hallov učinek v kovinah in Polprevodniki . Tukaj je vprašanje, kako se efekt Hall uporablja pri ničelni hitrosti?