Собственные полупроводники.
В собственных
полупроводниках электрический ток
создается движением как электронов,
так и дырок. Дрейфовая скорость v+
движения дырок совпадает по направлению
с вектором 
.
Так как заряд дырок положителен,
действующая на них сила Лоренца имеет
такое же направление, как и в случае
электронов, т.е. вертикально вниз (рис.
6,б). Следовательно, при заданных
направлениях векторов 
и 
дырки и электроны отклоняются силой
Лоренца в одну и ту же сторону, в результате
чего направления холловских электрических
полей, созданных за счет движения дырок
и электронов, противоположны. Постоянная
Холла в таких полупроводниках может
быть рассчитана по формуле:
(8.2)
где n_ и n+ - концентрации электронов и дырок, μ_ и μ+ - их подвижности
Подвижностью носителей заряда μ называется дрейфовая скорость носителей заряда, которую они приобретают в электрическом поле с напряженностью 1 В/м.
Очевидно, что если носители заряда движутся в поле с напряженностью E0, то:
(8.3)
В собственном полупроводнике концентрации электронов и дырок одинаковы: n_ и n+. В этом случае формула (8.2) приобретает вид
(8.4)
Если бы подвижности электронов и дырок в собственном полупроводнике были равны друг другу, постоянная Холла обратилась бы в нуль и эффект бы не наблюдался. Однако в действительности μ_≠ μ+, и постоянная Холла отлична от нуля.
Примесные полупроводники.
B примесных полупроводниках основными носителями заряда являются либо электроны (примесные полупроводники n - типа), либо дырки (примесные полупроводники p-типа). В металлах ток создается электронами.
Одновременное измерение постоянной Холла и удельной электропроводности полупроводника позволяет рассчитать подвижность носителей заряда. При небольших напряженностях электрического поля для полупроводников справедлив закон Ома в дифференциальной форме:
(8.5)
Так
как, согласно (5.2) 
,
то, сравнивая (8.5) и (5.2), получим:
(8.6)
Согласно определению подвижности (8.3), имеем:
(8.7)
Перемножим
постоянную Холла (8.1) 
на удельную проводимость (8.7):
→
Откуда:
(8.8)
Если
известно полное («интегральное»)
сопротивление образца Rобр
(либо
интегральная проводимость образца 
)
то входящую в выражение для μ
величину σ
можно рассчитать по формуле:
(8.9)
где l – длина образца.
Эффект Холла получил широкое применение не только как мощное средство изучения свойств носителей заряда. На его основе оказалось возможным создание ряда устройств и приборов, обладающих исключительно ценными свойствами – приборов для измерения постоянных и переменных магнитных полей, для измерения токов высокой частоты, анализа спектров, для электронных усилителей, преобразователей, генераторов электрических сигналов.
Экспериментальная часть. Аппаратная часть. Приборы и оборудование.
Лабораторная работа выполняется на комбинированном лабораторном приборе ФЭЛ-3МК, имеющим сопряжение с ПК. Все параметры эксперимента, установленные и измеренные значения параметров выводятся в соответствующие окна программы-оболочки для работы с установкой – LabVisual 2.5 и дублируются на ЖКД LCD дисплее учебной установки. Лабораторный комплекс может работать как в сопряжении с ПК, так и в ручном режиме работы, для которого не требуется наличие компьютера.
Эксперимент состоит из двухчастей. При помощи многофункциональных кнопок «РЕЖИМ РАБОТЫ», расположенных на передней панели лабораторного модуля имеется возможность выбрать необходимый опыт: 1) ЭФФЕКТ ХОЛЛА 2) ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОВОДИМОСТИ ОБРАЗЦА. Остановка эксперимента осуществляется нажатием кнопки «START USB/ESC». Для переключения полярности электромагнита служит кнопка «ПОЛЯРНОСТЬ».
Для регулировки параметров эксперимента служат многофункциональные кнопки управления «МАГНИТНОЕ ПОЛЕ/НАПРЯЖЕНИЕ ПЛАВНО» и «ТОК ОБРАЗЦА/НАПРЯЖЕНИЕ ГРУБО».
ЭКСПЕРИМЕНТ № 1 «ИЗУЧЕНИЕ ЭФФЕКТА ХОЛЛА В ПОЛУПРОВОДНИКЕ»: кнопки управления «МАГНИТНОЕ ПОЛЕ/НАПРЯЖЕНИЕ ПЛАВНО» выполняют функцию регулировки магнитного поля в зазоре катушек электромагнита. Ручка «ТОК ОБРАЗЦА/НАПРЯЖЕНИЕ ГРУБО» служит для регулировки тока образца.
ЭКСПЕРИМЕНТ № 2 « ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОВОДИМОСТИ ОБРАЗЦА»: кнопки управления «МАГНИТНОЕ ПОЛЕ/НАПРЯЖЕНИЕ ПЛАВНО» и «ТОК ОБРАЗЦА/НАПРЯЖЕНИЕ ГРУБО» выполняют функцию регулировки напряжения, подаваемого на образец, измерение которого осуществляется встроенным в лабораторный модуль вольтметром. Ток, текущий через образец, измеряется встроенным миллиамперметром.
Учебная установка конструктивно состоит из БЛОКА УПРАВЛЕНИЯ, имеющего выход к USB порту компьютера. Все элементы лабораторного модуля выполнены в виде единого блока и в процессе эксплуатации не требуют вмешательства пользователя.