DCおよびACホール効果測定
材料のホール効果の調査は、ホール係数だけでなく、キャリア濃度、キャリアの種類、移動度を決定するために特別に使用されます。
これにより、例えば熱電技術、太陽電池技術、有機エレクトロニクスなどの電子 デバイスで 使用される 材料の 性能を 評価 し、 最適化することができます。
ホール効果 ホール効果電流の流れる導体に対して垂直に磁界を印加したときに現れる現象で、電流の流れる方向と磁界の両方に対して垂直な電圧が生じることを表す。この電圧はホール電圧（通常はVH）と呼ばれ、次式で計算できる。
ここでRHは材料に依存する ホール定数Iは導体を流れる電流の強さ、Bは磁場の強さ、dは磁場方向に平行な導体の厚さである。
ホール電圧の符号は電荷キャリアの種類を示し、キャリア濃度nはeが素電荷を示すことを介して決定することができる。 ホール定数RHと電気抵抗率ρを用いて、移動度μも計算できる。 理想的には、磁場が印加されていない状態ではホール電圧はゼロであるべきですが、現実には、小さなオフセット電圧が検出されることが判明しました。 ミスアライメント電圧は抵抗率と電流に比例し、試料の形状に依存します。
例えば ヴァン・ダー・パウ構成では、完全に均一な正方形のサンプルの角に4点接触するのが理想的な構成です。ミスアライメント係数と電圧はゼロになりますが、実際の測定では、理想的なケースから逸脱することが一般的です。さらに、測定中に2つの材料、すなわち材料と接触材料が接触すると、熱電効果が現れ、熱電電圧オフセットが寄与します。そのため、測定された電圧Vmは以下の式になり、αはいわゆるミスアライメント係数です。
そのため、全測定電圧から微小なホール電圧を抽出することは極めて困難となり、直流電界測定法は限界に達する。
このような場合、交流法は低移動度材料の特性を研究するためのより良い解決策を提供する方法として確立されました。 ホール電圧は磁場に比例するので、交流磁場によって発生するホール電圧も交流信号となる。
有利な点は、ミスアライメント電圧とサーモエレクトリック電圧が磁場に依存せず、直流電圧であるため、両者を容易に分離できることである。 実験では、測定電子機器にロックインアンプを使用することで、目的の交流信号と望ましくない直流信号を正確に分離することができます。 しかし、測定された電圧には、磁場の時間微分と試料のインダクタンスおよび測定に使用したリード線に比例する新しい項があります。 測定された電圧は、次のように書くことができます。
ここでβは比例定数を表す。 この新項は電流に依存しないので、電流反転で除去できる。 さらに、この項はAC信号と90°位相がずれているため、ロックインアンプの位相分解能によってこの項を除去することができる。
結論として、交流法では10-3cm2/Vsという低い範囲の移動度を測定することができ、これは直流磁場法に比べて1000分の1である。 これは、太陽光発電や代替エネルギーの応用、有機電子材料の分野で特に有益である。
