基础电子学 - 霍尔效应

霍尔效应以其发现者埃德温·霍尔的名字命名。这有点类似于弗莱明右手定则。当载流导体I置于横向磁场B中时，导体中会感应出垂直于I和B 的电场E。这种现象称为霍尔效应。

解释

当载流导体放置在横向磁场中时，该磁场会对电子施​​加一定的压力，电子会沿着弯曲的路径继续其旅程。施加能量的导体如下图所示。还指示了磁场。

磁场

当电子穿过位于磁场 B 中的导体时，电子将受到磁力。这种磁力将导致电子移动到一侧而不是另一侧。这会在一侧产生负电荷，在另一侧产生正电荷，如下图所示。

负电荷

这种电荷分离将产生电压差，称为霍尔电压或霍尔电动势。电压不断增加，直到电场在电荷上产生与磁力大小相等且方向相反的电力。这种效应称为霍尔效应。

霍尔效应

$$\overrightarrow{F_{磁}}\:\:=\:\:\overrightarrow{F_{电}}\:\:=\:\:q\:\:\overrightarrow{V_{D}}\ :\:\overrightarrow{B}\:\:=\:\:q\:\:\overrightarrow{E_{H}}$$

V D是每个电子经历的速度

$\overrightarrow{E_{H}}\:\:=\:\:\overrightarrow{V_{D}}\:\:\overrightarrow{B}\:\:$因为 V = Ed

其中 q = 电荷量

$\overrightarrow{B}$ = 磁场

$\overrightarrow{V_{D}}$ = 漂移速度

$\overrightarrow{E_{H}}$ = 霍尔电效应

d = 导体平面之间的距离（导体的宽度）

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

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

这是霍尔电动势

用途

霍尔效应用于获取有关半导体类型、载流子符号的信息，以测量电子或空穴浓度和迁移率。由此，我们还可以知道该材料是导体、绝缘体还是半导体。它还用于测量电磁波中的磁通密度和功率。

电流类型

谈到半导体中的电流类型，有两个术语需要讨论。它们是扩散电流和漂移电流。

扩散电流

掺杂完成后，电子和空穴的浓度会出现差异。这些电子和空穴倾向于从电荷密度较高的浓度扩散到浓度较低的水平。由于这些是电荷载流子，因此它们构成称为扩散电流的电流。

为了详细了解这一点，让我们考虑 N 型材料和 P 型材料。

  • N型材料以电子为多数载流子，以少量空穴为少数载流子。

  • P型材料以空穴作为多数载流子，以少量电子作为少数载流子。

如果这两种材料彼此太靠近而无法连接，则来自 N 型材料价带的少量电子倾向于向 P 型材料移动，而来自 P 型材料价带的少量空穴倾向于向 P 型材料移动。 N型材料。这两种材料之间发生扩散的区域称为耗尽区。

当前类型

因此，在不施加任何外部能量的情况下，由于这些电子和空穴的扩散而形成的电流可以称为扩散电流。

漂移电流

由于施加电场而导致带电粒子（电子或空穴）漂移（运动）而形成的电流称为漂移电流。下图解释了漂移电流，无论施加的电场如何，都会产生差异。

漂移电流

电流量取决于所施加的电荷。耗尽区的宽度也会受到该漂移电流的影响。为了使元件在有源电路中发挥作用，漂移电流起着重要作用。