Напівпровідникові прилади. Електропровідність напівпровідників. Домішкова провідність, страница 9

Якщо концентрація електронів та дірок в зразку рівні і дорівнюють їх рухомості, то е.р.с. Холла дорівнює нулю, тому що напрямок руху дірок протилежен напрямку руху електронів і електрони та дірки зміщуються магнітним полем в один і той же бік. В дійсності в напівпровідниках рухомість електронів більше рухомості дірок, тому у власному напівпровіднику е.р.с. Холла відповідає за знаком електронному зразку. При переході від власної електропровідності до дірочної е.р.с. Холла проходить через нуль та змінює знак.

Ефект Хола використовується для створення датчиків магнітного поля. Їх важливою перевагою є те, що е.р.с. Хола має лінійну залежність від індукції магнітного поля.

Датчик Холла представляє собою магнітоелектричний напівпровідниковий прилад, оснований на використанні ефекту Холла. На рис.х2. приводяться схеми включення датчика Холла.

                                                                        Рис.Х2.

Напругу, що подається на керуючі електроди U₁, називають напругою датчика Хола, а опір R₁ між цими електродами – вхідним опором.

За відсутності магнітного поля цей опір:

                              ,                                      (Х4)

де ρ – питомий  опір напівпровідника, l- довжина напівпровідникової пластини.

З ростом напруженості магнітного поля вхідний опір збільшується.

Опір між холлівськими контактами називають вихідними і позначають R₂. За відсутності магнітного поля:

                                                                      (Х5)

Вихідний опір, так само як і вхідний, з ростом магнітного поля зростає.

Однією з важливих характеристик датчика, що дозволяє оцінити його ефективність, є коефіцієнт передачі К. Він визначається як відношення вихідної напруги до вхідної при наданому значенні керуючого магнітного поля:

                               К = U₁/U_X                                            (X6)

Враховуючи вирази (Х4), (Х2) і що , можна знайти коефіцієнт передачі:

                                                                              (Х7)

Коефіцієнт передачі зі збільшенням індукції магнітного поля зростає.

Оскільки датчик е.р.с. Холла  працює  на зовнішнє навантаження, то він характеризується сімейством вольт-амперних характеристик, вигляд яких приводиться на рис. Х3 Схема включення для цього випадку показана на рис.Х2, а.                                       

Для збільшення е.р.с. Холла та вихідної потужності необхідно збільшувати вхідну потужність.

Важливою характеристикою датчика Холла є чутливість g_х. Визначається вона як е.р.с., виникаюча на холловських контактах за одиничного керуючого струму та одиничного значення магнітної індукції:

                                                (Х8)

Вираз (Х2) з урахуванням (Х8) прийме вигляд:

                     .                                               

важливим параметром датчика Холла є відношення, що характеризує е.р.с. Холла, що приходиться на одиницю магнітної індукції. Цей параметр називають магнітною чутливістю:

                                                  

Матеріал, з якого виготовляють датчик Холла, повинен мати максимальну рухомість носіїв заряду з мінімальними температурними залежностями їх рухомості та концентрації.

Так як е.р.с. Холла пропорційна струму І і індукції магнітного поля, то при  постійному  струмі е.р.с. буде пропорційна тільки індукції магнітного поля. Це дозволяє використовувати датчики Холла для виміру індукції магнітного поля. Крім того датчики е.р.с. Холла використовуються для виміру струмів та потужностей. Якщо підтримувати постійною напруженість магнітного поля, то е.р.с. Холла буде змінюватись пропорційно величині струму, що проходить через датчик. Якщо датчик Холла помістити у магнітне поле, пропорційне протікаючому через навантаження струму, і на вході його подати напругу, пропорційну напрузі на навантажені, то е.р.с. Холла буде пропорційна потужності, що виділяється на навантажені.

Датчики Холла застосовуються для вимірювання сили, тиску, кутів, переміщень та інших неелектричних величин.

У напівпровідниковому виробництві ефект Холла застосовується для вимірювання рухливості і концентрації носіїв заряду напівпровідникового матеріалу. Для цієї цілі на спеціально заготовленому зразку вимірюють е.р.с. Холла і за його значенням роблять висновок що до рухомості і концентрації носіїв заряду матеріалу, що використовується для виготовлення напівпровідникових приладів.