Совместное действие на полупроводник электрического и

Магнитного полей

Физические явления, возникающие в полупроводнике при одновременном воздействии на него электрического и магнитного полей, называют гальваномагнитными эффектами. Наиболее важными из них являются эффект Холла и сопутствующий ему эффект Эттингсгаузена.

Сущность эффекта Холла поясняет рис. 3.6. К полупроводниковой пластине толщиной b в продольном направлении приложим электрическое напряжение, через неё потечёт ток I, обусловленный сопротивлением концентрацией носителей в полупроводнике, т.е. сопротивлением пластины. Если теперь эту пластину поместить в магнитное поле, перпендикулярное току, то на боковых гранях пластины в направлении и электрическому току и магнитному полю возникнет разность потенциалов, которая и называется э.д.с. Холла – Uх

 

Рисунок 3. 6. Эффект Холла в полупроводнике.

 

Возникновение э.д.с. Холла обусловлено тем, что на носители заряда, движущиеся с некоторой скоростью в магнитном поле, действует сила (сила Лоренца), отклоняющая их к одной из граней. Величина этой э.д.с. пропорциональна индукции магнитного поля В, силе тока I и обратно пропорциональна толщине пластины b: Ux = RxBI / b. Коэффициент пропорциональности Rx называется постоянной Холла и определяется длиной кристалла и накопленным зарядом (размерность постоянной Холла м ³ / кулон).

Направление силы Лоренца не зависит от знака носителей заряда, а определяется только направлениями электрического и магнитного полей. При заданных направлениях Е и В электроны и дырки отклоняются в одну сторону, поэтому полярность э.д.с. Холла в донорном полупроводнике противоположна полярности, получаемой в акцепторном полупроводнике, что и используется для определения типа электропроводности полупроводников. По результатам измерения э.д.с. Холла можно определить не только знак носителей заряда, но и рассчитать их концентрацию, а при известной величине удельной проводимости полупроводника найти и подвижность носителей заряда. Кроме измерения характеристик полупроводниковых материалов, эффект Холла нашёл применение при исследовании статических и высокочастотных магнитных полей, для измерения мощности, тока, в фазовых детекторах, анализаторах спектра, счётно – решающих устройствах и др.

Эффекту Холла сопутствует эффект Эттингсгаузена, который проявляется в возникновении градиента температур в направлении перпендикулярном

Рисунок 3.7. Изменение распределения температуры под действием магнитного поля.

магнитному и электрическому полям Т1 > Т2 (см. рис. 3.7). Как уже говорилось, электроны и дырки в таком кристалле отклоняются в одну сторону – к грани С. В результате около грани С процесс рекомбинации дырок и электронов преобладает над процессом их генерации, а около грани D – наоборот генерация преобладает над рекомбинацией. Рекомбинация происходит с выделением энергии, а генерация с поглощением, поэтому температура грани С повышается, а грани D понижается, что и

приводит к появлению градиента температуры. Устройства, использующие эффект Эттингсгаузена, по сути своей являются тепловыми насосами, поэтому и применяются на практике в качестве кондиционеров, холодильников, термостатов и т.п.