¿Qué es un efecto Hall en metales y semiconductores?

El efecto Hall fue introducido por el físico estadounidense Edwin H. Hall en 1879. Se basa en la medición del campo electromagnético. También se le llama efecto Hall ordinario. Cuando un conductor portador de corriente es perpendicular a un campo magnético, el voltaje generado se mide perpendicular a la trayectoria de la corriente. Donde el flujo de corriente es similar al de un líquido que fluye a través de una tubería. Primero, se aplicó en la clasificación de muestras químicas. En segundo lugar, era aplicable en el sensor de efecto Hall donde se usaba para medir los campos de CC del imán, donde el sensor se mantiene estacionario.

Principio de efecto Hall

El efecto Hall se define como la diferencia de voltaje generada a través de un conductor que transporta corriente, es transversal a una corriente eléctrica en el conductor y un campo magnético aplicado perpendicularmente a la corriente.

Efecto Hall = campo eléctrico inducido / densidad de corriente * campo magnético aplicado -(1)

Teoría del efecto Hall

La corriente eléctrica se define como el flujo de partículas cargadas en un medio conductor. Las cargas que fluyen pueden tener carga negativa: electrones 'e-'/carga positiva: agujeros '+'.

Ejemplo

Considere una placa conductora delgada de longitud L y conecte ambos extremos de una placa con una batería. Donde un extremo está conectado desde el extremo positivo de una batería a un extremo de la placa y otro extremo está conectado desde el extremo negativo de una batería a otro extremo de la placa. Ahora observamos que actualmente comienza a fluir desde la carga negativa hacia el extremo positivo de la placa. Debido a este movimiento, se genera un campo magnético.

Fuerza de Lorentz

Por ejemplo, si colocamos una barra magnética cerca del conductor, el campo magnético perturbará el campo magnético de los portadores de carga. Esta fuerza que distorsiona la dirección de los portadores de carga se conoce como fuerza de Lorentz.

Debido a esto, los electrones se moverán hacia un extremo de la placa y los huecos se moverán hacia el otro extremo de la placa. Aquí se mide el voltaje Hall entre los dos lados de las placas con un multímetro. Este efecto también se conoce como efecto Hall. Donde la corriente es directamente proporcional a los electrones desviados, a su vez proporcional a la diferencia de potencial entre las dos placas.

Cuanto mayor sea la corriente, mayores serán los electrones desviados y, por lo tanto, podemos observar la gran diferencia de potencial entre las placas.

El voltaje Hall es directamente proporcional a la corriente eléctrica y al campo magnético aplicado.

VH = IB / qnd —– ( 2 )

I - Corriente que fluye a través del sensor
B – Intensidad del campo magnético
q-carga
n - portadores de carga por unidad de volumen
d – Grosor del sensor

Derivación del coeficiente de Hall

Sea la corriente IX la densidad de corriente, JX multiplicada por el área de corrección del conductor wt.

IX = JX peso = nq vx peso ———-( 3 )

Según la ley de Ohm, si aumenta la corriente, también aumenta el campo. que se da como

JX = σEX ————( 4 )

Donde σ = conductividad material en el conductor.

Considerando el ejemplo anterior de colocar una barra magnética en ángulo recto con el conductor, sabemos que experimenta la fuerza de Lorentz. Cuando se alcanza un estado estacionario, no habrá flujo de carga en ninguna dirección, lo que se puede representar como,

EY = Vx Bz————–( 5 )

EY - campo eléctrico / campo Hall en dirección y

Bz - campo magnético en dirección z

VH = – ∫0w EY día = – Ey w ———-( 6 )

VH = – ( (1/nq) IX Bz) / t, ———– (7)

Donde HR = 1/nq ———— ( 8 )

Unidades de efecto Hall: m3 /C

Movilidad en la habitación

µ p o µ n = σ n HR ———— ( 9 )

La movilidad de pasillo se define como µ p donde µ n es la conductividad debida a electrones y huecos.

Densidad de flujo magnético

Se define como la cantidad de flujo magnético en un área perpendicular a la dirección del flujo magnético.

B = VH d / RH I --- ( diez )

Efecto Hall en metales y semiconductores

De acuerdo con el campo eléctrico y el campo magnético, los portadores de carga que se mueven a través del medio experimentan cierta resistencia debido a la difusión entre los portadores y las impurezas, y los portadores y los átomos materiales experimentan vibraciones. Por lo tanto, cada portador se dispersa y pierde su energía. Lo cual puede ser representado por la siguiente ecuación

F retrasado = – mv/t ————– ( 1 1 )

t = tiempo medio entre eventos de transmisión

Según la ley de los segundos de Newton,

METRO (dv/dt)= ( q ( mi + v * segundo ) – mv) / t ——( 1 2 )

m = masa del portador

Cuando ocurre un estado estacionario, el parámetro 'v' se despreciará

Si 'B' está a lo largo de la coordenada z, podemos obtener un conjunto de ecuaciones '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 ---- ( 15 )

Sabemos que Jx = nqvx ----- ( dieciséis )

Sustituyendo en las ecuaciones anteriores, podemos modificarlo como

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 = σEz ———— ( 1 9 )

Sabemos que

σn q2 t/m ———– ( 2 0 )

σ = conductividad

t = tiempo de relajación

y

wc q Bz / m ————– ( 2 1 )

wc = frecuencia del ciclotrón

La frecuencia del ciclotrón se define como la frecuencia del campo magnético rotacional de una carga. Es la fuerza del suelo.

Lo cual se puede explicar en los siguientes casos para saber si no es fuerte y/o la "t" es corta

Caso (i): Si wc t << 1

Indica un límite de campo débil.

Caso (ii): Si wc t >> 1

Indica un límite de campo fuerte.

Ventajas

Las ventajas del efecto Hall son las siguientes.

• La velocidad de funcionamiento es alta, es decir, 100 kHz
• Bucle de operaciones
• Capacidad para medir grandes corrientes.
• Puede medir la velocidad cero.

Desventajas

Las desventajas del efecto Hall son las siguientes.

• No puede medir el flujo de corriente más de 10 cm.
• Hay un fuerte efecto de la temperatura en los portadores, que es directamente proporcional
• Incluso en ausencia de un campo magnético, se observa un bajo voltaje cuando los electrodos están centrados.

Aplicaciones de efecto Hall

Las aplicaciones de efecto Hall incluyen las siguientes.

• Sensor de campo magnético
• Se utiliza para la multiplicación
• Para la medición de corriente CC, utiliza un probador de abrazadera de efecto Hall
• Podemos medir los ángulos de fase
• También podemos medir el sensor de desplazamiento lineal
• propulsión de nave espacial
• Detección de energía

Entonces el efecto Hall se basa en el principio electromagnético. Aquí hemos visto la derivación del coeficiente de Hall, también del efecto Hall en metales y semiconductores. Aquí hay una pregunta, ¿cómo se aplica el efecto Hall en la operación de velocidad cero?