3.2. Побочные поперечные эффекты, сопутствующие эффекту Холла

Измерения эффекта Холла связаны с затруднениями, обусловленными тем, что наряду с эдс Холла появляется ряд дополнительных поперечных эдс, вызванных сопутствующими эффектами. Вследствие этого возникающее поперечное напряжение представляет собой алгебраическую сумму эдс Холла и дополнительных поперечных эдс . Теория и расчет показывают, что таких поперечных эдс может быть 560, но главных всего 8. Эти эдс могут вносить при измерениях дополнительные систематические и случайные погрешности, поэтому их необходимо учитывать и принимать меры для их устранения. Проанализируем явления, которые возникают совместно с эффектом Холла.

Эдс неэквипотенциальности U_ассим. Одной из причин возникновения этой эдс в отсутствии магнитного поля является неэквипотенциальность контактов Холла из-за их неточного геометрического расположения на боковых гранях образца. Контакты должны располагаться в точках пересечения грани образца эквипотенциальной поверхностью. Знак эдс неэквипотенциальности зависит от направления тока через образец и не зависит от направления магнитного поля.

Эдс магниторезистивного эффекта U_мрэ возникает из-за изменения сопротивления полупроводника под действием магнитного поля. Если обозначить сопротивление в отсутствии магнитного поля (0), когда B_z = 0 и (B_z) - сопротивление при включенном магнитном поле, тогда при питании образца от источника тока эдс магниторезистивного эффекта U_мрэ = = , где  = (B_z) - (0). Если мы питаем образец от источника напряжения, то эдс магниторезистивного эффекта равна нулю.

Термоэдс U_тэдс, или термоэлектрический эффект, возникает в цепи соединения разных материалов (например, полупроводник - металлический контакт) при наличии разности температур на двух контактах, где измеряется эдс Холла.

Эдс Эттингсгаузена U_Э, или поперечный гальванотермомагнитный эффект, возникает из-за статистического распределения электронов по скоростям и разного действия магнитного поля на быстрые и медленные электроны. Быстрые электроны при этом сильнее отклоняются магнитным полем, передают свою избыточную энергию кристаллической решетке, и соответствующая грань образца нагревается, а медленные электроны на противоположной грани будут пополнять свою энергию до среднего значения за счет охлаждения решетки, и эта грань будет охлаждаться. Возникнет поперечная разность температур, приводящая к появлению термоэдс эффекта Эттингсгаузена U_Э. Знак U_Э имеет такую же зависимость от направления тока и магнитного поля, как эффект Холла, и не отделяется от эдс Холла при изменении направления тока и магнитного поля.

Эдс Нернста - Эттингсгаузена U_Н-Э - это термогальваномагнитный эффект, подобный тепловому эффекту Холла. При наличии градиента температур dT/dx и разности температур на концах образца энергия электронов, идущих от горячего конца к холодному, больше энергии электронов, движущихся от холодного конца к горячему. Под действием магнитного поля электроны (быстрые и медленные) будут отклоняться на разные углы. Потоки электронов на основные грани будут неодинаковы, возникнет поперечное электрическое поле, направление которого не зависит от направления тока.

Эдс Пельтье - Нернста - Эттингсгаузена U_П-Н-Э, или электротермический эффект Пельтье и гальванотермомагнитный эффект . Возникновение продольного градиента температуры на токовых контактах образца из-за эффекта Пельтье приводит к перемещению носителей заряда вдоль образца не только в электрическом поле, но и в поле градиента температуры и к возникновению на поперечных гранях аналога эффекта Холла - эдс Пельтье - Нернста - Эттингсгаузена. Как и для эдс Холла, знак эдс Пельтье - Нернста - Эттингсгаузена зависит от направления тока и магнитного поля. Этот эффект не отделяется от эдс Холла изменением направления тока или магнитной индукции.

Продольный градиент температуры приводит также к появлению поперечного градиента температур из-за учета разных скоростей электронов в тепловом потоке. В результате поперечный градиент температуры приводит к возникновению поперечной термоэдс Риги - Ледюка U_Р-Л, зависящей от направления магнитного поля.

Сочетание электротермического эффекта Пельтье и термомагнитного эффекта Риги-Ледюка дают поперечную термоэдс Пельтье - Риги - Ледюка U_П-Р-Л, не отделяющуюся от эффекта Холла.

Установлено, что эти дополнительные поперечные эдс, кроме эдс Эттингсгаузена, можно устранить, проводя измерения при разных направлениях тока и магнитного поля. Относительная оценка величины всех дополнительных поперечных эдс показала, что наиболее важным является эффект Эттингсгаузена, от эдс Холла он может составлять до 10 %. Большой вклад в результаты измерений также вносят эдс неэквипотенциальности и термоэдс. Поэтому при измерении эффекта Холла нужно очень тщательно соблюдать изотермические условия эксперимента и сократить время измерения.