Điện tử cơ bản - Hiệu ứng Hall

Hiệu ứng Hall được đặt tên theo Edwin Hall, người phát hiện ra nó. Điều này hơi giống với quy tắc bàn tay phải của Fleming. Khi một dây dẫn mang dòng điệnI được đặt trong một từ trường ngang B, một điện trường E cảm ứng trong dây dẫn vuông góc với cả hai I và B. Hiện tượng này được gọi làHall Effect.

Giải trình

Khi một vật dẫn mang dòng điện được đặt trong một từ trường ngang, thì từ trường này sẽ tạo ra một áp lực nào đó lên các điện tử có đường cong để tiếp tục hành trình của chúng. Vật dẫn có năng lượng được sử dụng được biểu diễn trong hình sau. Từ trường cũng được chỉ định.

Khi các electron di chuyển qua vật dẫn nằm trong từ trường B, các electron sẽ chịu một lực từ. Lực từ này sẽ làm cho các electron chuyển động gần về phía này hơn so với phía kia. Điều này tạo ra một điện tích âm ở một bên và điện tích dương ở bên kia, như thể hiện trong hình sau.

Sự tách biệt điện tích này sẽ tạo ra sự chênh lệch điện áp được gọi là Hall Voltage or Hall EMF. Hiệu điện thế hình thành cho đến khi điện trường tạo ra lực điện trên điện tích bằng và ngược chiều với lực từ. Hiệu ứng này được gọi làHall Effect.

$$ \ overrightarrow {F_ {từ trường}} \: \: = \: \: \ overrightarrow {F_ {Electric}} \: \: = \: \: q \: \: \: \ overrightarrow {V_ {D}} \ : \: \ overrightarrow {B} \: \: = \: \: q \: \: \ overrightarrow {E_ {H}} $$

V _D là vận tốc mà mọi electron đang trải qua

$ \ overrightarrow {E_ {H}} \: \: = \: \: \ overrightarrow {V_ {D}} \: \: \ overrightarrow {B} \: \: \: $ Kể từ khi V = Ed

Trong đó q = lượng điện tích

$ \ overrightarrow {B} $ = từ trường

$ \ overrightarrow {V_ {D}} $ = vận tốc trôi

$ \ overrightarrow {E_ {H}} $ = hiệu ứng điện Hall

d = khoảng cách giữa các mặt phẳng trong dây dẫn (chiều rộng của dây dẫn)

$$ V_ {H} \: \: = \: \: \ varepsilon_ {H} \: \: = \: \: \ overrightarrow {E_ {H}} \: \: d \: \: = \: \ : \ overrightarrow {V_ {D}} \: \: \ overrightarrow {B} \: \: d $$

$$ \ varepsilon_ {H} \: \: = \: \: \ overrightarrow {V_ {D}} \: \: \ overrightarrow {B} \: \: d $$

Đây là EMF hội trường

Sử dụng

Hiệu ứng Hall được sử dụng để thu thập thông tin về loại chất bán dẫn, dấu hiệu của hạt tải điện, để đo nồng độ electron hoặc lỗ trống và độ linh động. Qua đó, chúng ta cũng có thể biết vật liệu là chất dẫn điện, chất cách điện hay chất bán dẫn. Nó cũng được sử dụng để đo mật độ từ thông và công suất trong sóng điện từ.

Các loại dòng điện

Đến với các loại dòng điện trong chất bán dẫn, có hai thuật ngữ cần được thảo luận. họ đangDiffusion Current và Drift Current.

Khuếch tán hiện tại

Khi pha tạp được thực hiện, xảy ra sự khác biệt về nồng độ của điện tử và lỗ trống. Các điện tử và lỗ trống này có xu hướng khuếch tán từ nơi có mật độ điện tích cao hơn đến mức có nồng độ thấp hơn. Vì đây là các sóng mang điện tích, chúng tạo thành dòng điện được gọi làdiffusion current.

Để biết chi tiết về điều này, chúng ta hãy xem xét vật liệu loại N và vật liệu loại P.

Vật liệu loại N có các điện tử là hạt tải điện đa số và ít lỗ trống là hạt tải điện thiểu số.
Vật liệu loại P có các lỗ trống là hạt tải điện đa số và ít electron là hạt tải điện thiểu số.

Nếu hai vật liệu này được đưa quá gần nhau để tham gia, thì một số electron từ vùng hóa trị của vật liệu loại N, có xu hướng di chuyển về phía vật liệu loại P và ít lỗ trống từ vùng hóa trị của vật liệu loại P, có xu hướng di chuyển về phía Vật liệu loại N. Vùng giữa hai vật liệu này nơi diễn ra sự khuếch tán, được gọi làDepletion region.

Do đó, dòng điện được hình thành do sự khuếch tán của các electron và lỗ trống này, mà không có bất kỳ loại năng lượng bên ngoài nào, có thể được gọi là Diffusion Current.

Trôi hiện tại

Dòng điện được hình thành do sự trôi (chuyển động) của các hạt mang điện (electron hoặc lỗ trống) do điện trường tác dụng, được gọi là Drift Current. Hình dưới đây giải thích dòng trôi, liệu điện trường tác dụng có tạo ra sự khác biệt như thế nào.

Lượng dòng điện phụ thuộc vào mức phí được áp dụng. Chiều rộng của vùng cạn kiệt cũng bị ảnh hưởng bởi dòng chảy này. Để thực hiện một chức năng thành phần trong mạch hoạt động, dòng điện trôi này đóng một vai trò quan trọng.