X

Medidas de efecto Hall en CC y CA


Medidas de efecto Hall en CC y CA

La investigación del efecto Hall de un material se utiliza especialmente para la determinación del coeficiente de Hall, así como de la concentración de portadores, el tipo de portadores y la movilidad. De esta manera, se puede evaluar y optimizar el rendimiento de los materiales utilizados en un dispositivo electrónico, por ejemplo, en la tecnología termoeléctrica, la tecnología de células solares o en la electrónica orgánica.

El efecto Hall se produce cuando se aplica un campo magnético perpendicular a un conductor por el que fluye una corriente y describe el fenómeno en el que se crea una tensión que es perpendicular tanto a la dirección del flujo de corriente como al campo magnético. Esta tensión se llama tensión de Hall, generalmente VH, y se puede calcular mediante

Formel Hall Tensión

donde RH es la constante de Hall dependiente del material, I es la intensidad de la corriente a través del conductor, B es la fuerza del campo magnético y d es el grosor del conductor paralelo a la dirección del campo magnético.

El signo de la tensión de Hall indica el tipo de portadores de carga y la concentración de portadores n se puede determinar a través de con e denotando la carga elemental. Utilizando la constante de Hall RH y la resistividad eléctrica ρ, también se puede calcular la movilidad µ. Idealmente, sin un campo magnético aplicado, la tensión de Hall debería ser cero, pero en realidad, se descubre que se puede detectar una pequeña tensión de desplazamiento, cuyos contribuyentes son una tensión de desalineación VMA y una tensión termoeléctrica VTE. La tensión de desalineación es proporcional a la resistividad y la corriente, y

Imán Hallbach Linseis HCS 100

Por ejemplo, en una configuración Van-der-Pauw, la configuración ideal consistiría en cuatro contactos puntuales en las esquinas de una muestra cuadrada perfectamente uniforme. El factor de desalineación y la tensión serían cero, sin embargo, en las mediciones prácticas suelen haber desviaciones con respecto al caso ideal. Además, durante las mediciones, se ponen en contacto dos materiales, es decir, el material y el material de contacto, lo que provoca efectos termoeléctricos que resultan en una contribución de desplazamiento de tensión termoeléctrica.

Tensión termoeléctrica Formel Hall

Comúnmente, las mediciones de Hall utilizan campos magnéticos de corriente continua (CC). En este caso, las dos tensiones de desplazamiento que se producen pueden eliminarse invirtiendo el campo magnético y la corriente. La tensión termoeléctrica se elimina cambiando la corriente, y la inversión del campo magnético ofrece la posibilidad de eliminar la tensión de desalineación.

En materiales con baja movilidad, especialmente por debajo de 1 cm2/Vs, la desalineación y la tensión termoeléctrica son mucho más grandes en comparación con la tensión de Hall.

Formel Hall baja movilidad

por lo que el método de medición del campo de corriente continua llega a sus límites, ya que será extremadamente difícil extraer la pequeña tensión Hall de la tensión total medida.

Para este caso, el método de CA se convirtió en un método establecido que está ofreciendo mejores soluciones estudiando las propiedades de los materiales de baja movilidad. Dado que la tensión Hall es proporcional al campo magnético, la tensión Hall generada por un campo magnético de CA será también una señal de CA.

Formel Hall AC

La ventaja es que la tensión de desalineación y la tensión termoeléctrica no dependen del campo magnético y, por tanto, son tensiones continuas, de modo que pueden separarse con bastante facilidad. En el experimento, el uso de un amplificador lock-in-amplifier en la electrónica de medición permite separar con precisión la señal de CA deseada de la señal de CC no deseada. Pero hay un nuevo término en la tensión medida que es proporcional a la derivada temporal del campo magnético y a la inductancia de la muestra, así como a los cables utilizados en la medición. La tensión medida puede escribirse como

Tensión medida Formel Hall

donde β es la constante de proporcionalidad. Como el nuevo término es independiente de la corriente, puede eliminarse con inversión de corriente. Además, también está desfasado 90° respecto a la señal de CA, por lo que una resolución de fase en el amplificador lock-in- puede eliminar este nuevo término.

Efecto Hall de Trenner

En conclusión, con el método de corriente alterna (CA) se pueden determinar movilidades en el rango tan bajo como 10-3 cm2/Vs, lo que es un factor 1000 más bajo en comparación con el método de campo continuo (CC). Esto es especialmente beneficioso en los campos de la fotovoltaica y las aplicaciones de energía alternativa, así como en los materiales electrónicos orgánicos.