Явление Холла — это физический эффект, который наблюдается в проводниках и полупроводниках, находящихся в магнитном поле. Он был открыт Эдвардом Холлом в 1879 году. Этот эффект проявляется в том, что при протекании электрического тока через материал, помещённый в перпендикулярное магнитное поле, в материале возникает поперечное напряжение, называемое напряжением Холла.

Основные принципы явления Холла:

Протекание тока: Когда электрический ток проходит через проводник или полупроводник, носители заряда (электроны или дыры) двигаются под действием электрического поля.

Воздействие магнитного поля: Если материал помещён в магнитное поле, которое направлено перпендикулярно току, на движущиеся носители заряда начинает действовать сила Лоренца. Эта сила отклоняет носители в сторону, создавая избыток зарядов с одной стороны и недостаток с другой.

Возникновение напряжения Холла: Разность зарядов на противоположных сторонах материала приводит к возникновению поперечного напряжения, называемого напряжением Холла (VH).

Определение концентрации носителей и их знака:

Концентрация носителей: Напряжение Холла связано с плотностью тока (J), магнитной индукцией (B) и концентрацией носителей заряда (n) согласно формуле:

[
V_H = \frac{I \cdot B}{n \cdot q \cdot d}
]

где:

(I) — сила тока,(B) — магнитная индукция,(n) — концентрация носителей,(q) — заряд носителя,(d) — ширина образца.

Пер rearranging this formula gives us the concentration of charge carriers:

[
n = \frac{I \cdot B}{V_H \cdot q \cdot d}
]

Таким образом, измеряя напряжение Холла, можно определить концентрацию носителей заряда.

Определение знака носителей: Знак напряжения Холла зависит от типа носителей заряда в материале. Если носителями являются электроны (n-тип проводимости), то напряжение Холла будет положительным, если же носителями являются дыры (p-тип проводимости), то напряжение Холла будет отрицательным. Это происходит из-за направления сил Лоренца на положительные и отрицательные заряды:

Для n-типа: электроны, движущиеся в магнитном поле, отклоняются, создавая положительный заряд с одной стороны.Для p-типа: дыры, действуя в качестве положительных зарядов, создают отрицательный заряд с той же стороны.Вывод:

Таким образом, измерение напряжения Холла в полупроводниках не только позволяет установить концентрацию носителей заряда, но и определить их знак (тип проводимости). Это явление является важным инструментом в исследовании полупроводниковых материалов и их свойств, применяемым, например, в полупроводниковой электронике и датчиках.