“EFECTO HALL LABORATORIO DE DISPOSITOVOS ELECTRONICOS
INTEGRANTES
SAAVEDRA GARCIA, ANTHONY CAHUANA QUIROZ, MIGUEL SEGOVIA CASTAÑEDA, JUNIOR CASTILLO RAMIRES, KEIBY
Dispositivos Electrónicos Msc. CARNERO ARROYO, MANUEL
“EFECTO HALL” 1. OBJETIVOS Estudiar el mecanismo denominado Efecto Hall aplicado a semiconductores. Este efecto permite caracterizar el tipo de portador dominante, la concentración de portadores mayoritarios, la movilidad y también constituye la base de dispositivos con variada aplicación en el campo de la electrónica actual. Medir el coeficiente Hall
2. RESUMEN En la presente práctica presentamos el siguiente proyecto experimental utilizando un sensor de efecto Hall. Describimos los detalles constructivos del dispositivo experimental, su prueba. Nuestra principal tarea es analizar la relación entre el voltaje ⃗ , así como estimar la constante de Hall . Hall VH (Tensión Hall) y el campo magnético B
3. FUNDAMENTO TEÓRICO 1-
Principios del efecto Hall en semiconductores
El sensor de efecto Hall es un dispositivo cuyo funcionamiento se basa en el efecto Hall para la detección o medición de campos magnéticos o corrientes y para la determinación de la posición en motores eléctricos y otros dispositivos. Si fluye corriente por un sensor Hall y se aproxima a un campo magnético que fluye en dirección vertical al sensor, entonces el sensor crea un voltaje saliente proporcional al producto de la fuerza del campo magnético y de la corriente. Si se conoce el valor de la corriente, entonces se puede calcular la fuerza del campo magnético; si se crea el campo magnético por medio de corriente que circula por una bobina o un conductor, entonces se puede medir el valor de la corriente en el conductor o bobina.
LAB. DE DISPOSITIVOS ELECTRNICOS
1
1.1- Determinación de la tensión de Hall Tomando como referencia la Figura 1, la expresión de la densidad de corriente J para una concentración de portadores n será: J
Jy
q n vy
En estado de equilibrio la fuerza eléctrica sobre los portadores se equilibrará con la fuerza de Lorentz: Despejando vy de la primera y reemplazando en la anterior, resulta: q EH
vy
q vy Bz Jy
qn Como en el material hay dos campos eléctricos presentes, uno debido a la corriente I x dado por: Ey
Jy
Jy
qn
y otro debido al efecto Hall:
EH
Jy Bz
qn
el campo resultante formará con la dirección de la corriente un ángulo , llamado : “ángulo de Hall”, cuyo valor está dado por: = arc tg( Bz)
Jy Bz EH
qn Queremos encontrar una expresión que permita calcular de la tensión de Hall (VH):
Jy VH
EH d
Iy
dw
Jy Bz d
1
qn
EH
H
V
LAB. DE DISPOSITIVOS ELECTRNICOS
Iy
qn dw
Bz d
1 Iy Bz
qn
w
VH
H
R
d
Iy Bz w
2
La magnitud RH se denomina “constante o coeficiente de Hall”. 1 En el caso de un material de tipo N: RH = nq En el caso de un material de tipo P: RH= +
1 pq
Conociendo el coeficiente de Hall se puede calcular la concentración de portadores de carga y determinar su signo. Del mismo modo, una muestra portadores de conociendo carga debidapara al efecto Hall: =el coeficiente RH . de Hall y la conductividad se puede calcular la movilidad de los Hasta ahora no se ha tenido en cuenta la distribución estadística de los portadores de carga según las velocidades. Considerando el mecanismo de dispersión, la expresión de la constante de Hall se modifica: 1 RH= - rH. nq Por ejemplo al dispersarse los portadores de carga por oscilaciones acústicas de la red cristalina el factor r H = (3/8). En cambio, en el caso de dispersión por impurezas iónicas se tiene r H= 1.93. Se puede extender el caso del efecto Hall a una muestra de semiconductor donde coexisten electrones y huecos. En ese caso, el coeficiente de Hall se modificará así: RH= (1/q) ( p p2 - n n2) (p p + n n)2 Para un semiconductor intrínseco n = p = ni y el coeficiente se modifica así: RH= (1/q) ( p - n) ni (p + n)
LAB. DE DISPOSITIVOS ELECTRNICOS
3
4. MATERIALES E INSTRUMENTOS
MATERIALES
INSTRUMENTOS
5. PROCEDIMIENTO Y DATOS EXPERIMENTALES
LAB. DE DISPOSITIVOS ELECTRNICOS
4
Antes de proceder a las mediciones debemos atender los siguientes puntos: 1. Equilibrar el amplificador diferencial 2. Ajustar el divisor de tensión utilizando R1 y los instrumentos de medida de precisión de manera que V1= Va/1000 3. Ajustar R1 para la intensidad de corriente deseada 4. Sin campo magnético y con Va=0 , ajustar R1 hasta que V1=0 5. En tal caso V1 = Va/1000
LAB. DE DISPOSITIVOS ELECTRNICOS
5
6. PROCESAMIENTO Y DATOS EXPERIMENTALES
LAB. DE DISPOSITIVOS ELECTRNICOS
6
7. RESULTADOS
LAB. DE DISPOSITIVOS ELECTRNICOS
7
8. CONCLUSIONES El voltaje Hall es directamente proporcional a la corriente de control. Actualmente el efecto Hall tiene gran diversidad de aplicaciones dispositivos llamados “Elementos Hall”
9. BIBLIOGRAFIA Introducción a la Física de los Semiconductores, R. B. Adler, A. C. Smith, R. L. Longini- editorial Reverte S.A
LAB. DE DISPOSITIVOS ELECTRNICOS
8
