3.5 Ефект Хола

Цей ефект належить до гальваномагнітних ефектів, тобто до тих фізичних явищ, які виникають у напівпровіднику при одночасному впливі на нього електричного й магнітного полів. Якщо напівпровідник, уздовж якого тече електричний струм, помістити в магнітне поле, перпендикулярне до напрямку струму, то в напівпровіднику виникне поперечне електричне поле, перпендикулярне до струму й магнітного поля. Це явище одержало назву ефекту Хола, а виникаюча поперечна е.р.с. - е.р.с. Хола (рис.3.8).

Рис.3.8 - Виникнення ефекту Хола в напівпровідниках

Поява е.р.с. Хола обумовлена тим, що на носії заряду, які рухаються зі швидкістю v, у магнітному полі з індукцією В, діє сила Лоренца, що відхиляє їх до однієї з бічних граней пластини.

Для напівпровідника n-типу умову рівноваги діючої на електрон сили в скалярній формі запишемо у вигляді

, (3.21)

де v_n - середня швидкість спрямованого руху електрона; В - магнітна індукція в зразку; Е_х – напруженість поперечного електричного поля, яке виникнуло.

Вважаючи поперечне електричне поле однорідним, одержимо

Е_х*а = U_x , (3.22)

де а – ширина пластини; U_x – е.р.с. Хола.

Щільність струму, що протікає в зразку під дією зовнішнього електричного поля, дорівнює

(3.23)

Використовуючи (3.23), з (3.21) одержимо

, (3.24)

де R_x =1/(q*n) – називається коефіцієнтом Хола.

У напівпровіднику n-типу е.р.с. Холу визначається за формулою

, (3.25)

де b - товщина пластини.

Знак мінус вказує на те, що носіями заряду в даному напівпровіднику є електрони. Для напівпровідників р - типу вираз має аналогічний вигляд, тільки е.р.с. Хола буде позитивною. Ця обставина використовується для визначення типу електропровідності в напівпровіднику.

Рівняння (3.25) справедливо тільки для вироджених напівпровідників, коли можна не враховувати розподіл носіїв заряду за швидкостями. Більш точне вираження R_x буде відрізнятися від наявного у рівнянні (3.25) множником А. Для різних напівпровідників чисельне значення А змінюється залежно від механізму розсіювання при різних температурах від 1 до 2.

Вимірявши е.р.с. Холу в деякому діапазоні температур, можна одержати експериментальні дані для побудови залежності концентрації носіїв заряду від температури, за якоюй визначити енергію іонізації донорів або акцепторів.

3.6 Вплив деформацій на провідність напівпровідників

Провідність твердого кристалічного тіла змінюється при впливі на нього різного виду деформацій у зв'язку зі зміною міжатомних відстаней і зміни концентрації і рухливості носіїв заряду.

Концентрація змінюється внаслідок зміни ширини енергетичних зон напівпровідника й зсуву домішкових рівнів, що приводить, у свою чергу, до зміни енергії активації носіїв заряду й, отже, до зменшення або збільшення концентрації.

Рухливість змінюється через збільшення або зменшення амплітуди коливань атомів при їхньому зближенні або віддаленні.

Величиною, що чисельно характеризує зміну питомої провідності напівпровідника при певному виді деформації, є тензочутливість

, (3.26)

яка являтиме собою відношення відносної зміни питомого опору до відносної деформації в даному напрямку.