用霍爾效應判斷半導體種類
霍爾效應能夠測定載流子濃度及載流子遷移率等重要參數,以及判別資料的導電類型,是研究半導體資料的重要手段。還能夠用霍爾效應丈量直流或交流電路中的電流強度和功率以及把直流電流通成交流電流并對它進行調制、擴大。用霍爾效應制造的傳感器廣泛用于磁場、位置、位移、轉速的丈量。 霍爾電勢差是這樣發生的:當電流IH經過霍爾元件(假設為P型)時,空穴有一定的漂移速度v,垂直磁場對運動電荷發生一個洛淪茲力 (3-14-1) 式中q為電子電荷。洛淪茲力使電荷發生橫向的偏轉,因為樣品有鴻溝,所以有些偏轉的載流子將在鴻溝堆集起來,發生一個橫向電場E,直到電場對載流子的效果力FE=qE與磁場效果的洛淪茲力相抵消為止,即 (3-14-2) 這時電荷在樣品中活動時將不再偏轉,霍爾電勢差就是由這個電場建立起來的。 如果是N型樣品,則橫向電場與前者相反,所以N型樣品和P型樣品的霍爾電勢差有不同的符號,據此能夠判別霍爾元件的導電類型。 設P型樣品的載流子濃度為p,寬度為b,厚度為d。經過樣品電流IH=pqvbd,則空穴的速度v=IH/pqbd,代入(3-14-2)式有 (3-14-3) 上式兩邊各乘以b,便得到 (3-14-4) 稱為霍爾系數。在使用中一般寫成 UH=KHIHB. (3-14-5) 份額系數KH=RH/d=1/pqd稱為霍爾元件靈敏度,單位為mV/(mA·T)。一般要求KH愈大愈好。KH與載流子濃度p成反比。半導體內載流子濃度遠比金屬載流子濃度小,所以都用半導體資料作為霍爾元件。KH與片厚d成反比,所以霍爾元件都做的很薄,一般只需0.2mm厚。 由(3-14-5)式能夠看出,知道了霍爾片的靈敏度KH,只需別離測出霍爾電流IH及霍爾電勢差UH就可算出磁場B的大小。這就是霍爾效應測磁場的原理。
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