基礎電子學 - 霍爾效應

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霍爾效應以其發現者埃德溫·霍爾命名。這有點類似於弗萊明右手定則。當載流導體I置於橫向磁場B中時，會在導體中感應出垂直於I和B的電場E。這種現象稱為霍爾效應。

解釋

當載流導體置於橫向磁場中時，該磁場會對電子施加一定的壓力，使電子沿著彎曲的路徑繼續運動。以下圖顯示了施加能量的導體。磁場也已標出。

當電子穿過位於磁場B中的導體時，電子將受到磁力。這種磁力會導致電子比另一側更靠近一側運動。這在一側產生負電荷，在另一側產生正電荷，如下圖所示。

這種電荷分離會產生電壓差，稱為霍爾電壓或霍爾電動勢。電壓會累積，直到電場對電荷產生的電力與磁力相等且方向相反。這種效應稱為霍爾效應。

$$\overrightarrow{F_{magnetic}}\:\:=\:\:\overrightarrow{F_{Electric}}\:\:=\:\:q\:\:\overrightarrow{V_{D}}\:\:\overrightarrow{B}\:\:=\:\:q\:\:\overrightarrow{E_{H}}$$

V_D是每個電子所經歷的速度

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

其中q = 電荷量

$\overrightarrow{B}$ = 磁場

$\overrightarrow{V_{D}}$ = 漂移速度

$\overrightarrow{E_{H}}$ = 霍爾電場

d = 導體中平面之間的距離（導體的寬度）

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

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

這是霍爾電動勢

用途

霍爾效應用於獲取有關半導體型別、載流子符號、測量電子或空穴濃度以及遷移率的資訊。由此，我們還可以知道材料是導體、絕緣體還是半導體。它還用於測量磁通密度和電磁波中的功率。

電流型別

談到半導體中的電流型別，需要討論兩個術語。它們是擴散電流和漂移電流。

擴散電流

摻雜後，電子和空穴的濃度會發生差異。這些電子和空穴傾向於從較高的電荷密度濃度擴散到較低的濃度水平。由於它們是載流子，因此它們構成稱為擴散電流的電流。

為了詳細瞭解這一點，讓我們考慮N型材料和P型材料。

• N型材料以電子作為多數載流子，以少量空穴作為少數載流子。

• P型材料以空穴作為多數載流子，以少量電子作為少數載流子。

如果將這兩種材料彼此靠近連線，則N型材料價帶中的一些電子會傾向於向P型材料移動，而P型材料價帶中的一些空穴會傾向於向N型材料移動。這兩種材料之間發生這種擴散的區域稱為耗盡區。

因此，在沒有任何外部能量施加的情況下，由於這些電子和空穴的擴散而形成的電流可以稱為擴散電流。

漂移電流

由於施加的電場導致帶電粒子（電子或空穴）的漂移（運動）而形成的電流稱為漂移電流。下圖解釋了漂移電流，即施加的電場如何產生差異。

電流的大小取決於施加的電荷。耗盡區的寬度也受到這種漂移電流的影響。為了使元件在有源電路中發揮作用，這種漂移電流起著重要作用。