DC ve AC Hall etkisi ölçümleri
Bir malzemenin Hall etkisini analiz etmek, özellikle Hall katsayısının yanı sıra yük taşıyıcı konsantrasyonunu, yük taşıyıcı tipini ve hareketliliğini belirlemek için kullanılır. Bu sayede örneğin termoelektrik teknolojisi, güneş pili teknolojisi veya organik elektronik gibi elektronik bileşenlerde kullanılan malzemelerin performansının değerlendirilmesi ve optimize edilmesi mümkün olmaktadır.
Hall etkisi, akım taşıyan bir iletkene dik bir manyetik alan uygulandığında ortaya çıkar ve hem akım akış yönüne hem de manyetik alana dik bir voltajın oluşması olgusunu tanımlar. Bu gerilim Hall gerilimi, genellikle VH olarak adlandırılır ve aşağıdaki gibi hesaplanabilir,
ile Van der Pauw ölçümü Örneğin, mükemmel düzgünlükte kare bir numunenin köşesinde dört nokta teması ideal olacaktır. Bu durumda yanlış hizalama faktörü ve voltaj sıfır olacaktır. Ancak pratik ölçümlerde genellikle ideal durumdan sapmalar olur. Ölçümler sırasında malzeme ve temas malzemesi olmak üzere iki malzeme birbiriyle temas ettiğinden, termoelektrik etkiler de meydana gelir ve bu da termoelektrik voltajın bir ofset katkısına yol açar. Bu, ölçülen gerilim Vm için aşağıdaki denklemle sonuçlanır, burada α ofset faktörü olarak adlandırılır.
Hall ölçümleri için genellikle DC manyetik alanlar kullanılır. Burada, oluşan iki ofset gerilimi, manyetik alan ve akımın tersine çevrilmesiyle ortadan kaldırılabilir. Termoelektrik gerilim, akımın değiştirilmesiyle ortadan kaldırılır ve manyetik alanın tersine çevrilmesi, yer değiştirme geriliminin ortadan kaldırılmasını mümkün kılar.
Düşük hareketliliğe sahip malzemelerde, özellikle 1 cm2/Vs’nin altında, yer değiştirme gerilimi ve termoelektrik gerilim Hall gerilimine kıyasla çok daha yüksektir,
Böylece DC alan ölçüm yöntemi sınırlarına ulaşır, çünkü ölçülen toplam gerilimden küçük Hall gerilimini çıkarmak son derece zordur.
Bu durumda, düşük hareketliliğe sahip malzemelerin özelliklerini analiz etmek için daha iyi çözümler sunan alternatif akım yöntemi ortaya çıkmıştır. Hall voltajı manyetik alanla orantılı olduğundan, alternatif bir manyetik alan tarafından üretilen Hall voltajı da bir alternatif akım sinyalidir.
Bunun avantajı, sıfır sıra gerilimi ve termoelektrik gerilimin manyetik alana bağlı olmaması ve bu nedenle DC gerilimler olması, böylece nispeten kolay bir şekilde ayrılabilmeleridir. Deneyde, ölçüm elektroniğinde bir lock-in amplifikatörün kullanılması, istenen AC sinyalini istenmeyen DC sinyalinden kesin olarak ayırmayı mümkün kılar. Bununla birlikte, ölçülen voltajda manyetik alanın zaman türevi ve numunenin endüktansı ile ölçümde kullanılan uçlarla orantılı olan yeni bir terim vardır. Ölçülen voltaj daha sonra aşağıdaki gibi yazılabilir,
Burada β orantılılık sabitini göstermektedir. Yeni terim akımdan bağımsız olduğu için akım ters çevirme ile ortadan kaldırılabilir. Ayrıca AC sinyali ile 90° faz dışıdır, böylece kilitli amplifikatördeki faz çözünürlüğü bu yeni terimi ortadan kaldırabilir
