Siempre que colocamos un conductor conductor de corriente en un campo magnético, hay una desviación de los portadores de carga debido a la influencia del campo magnético en el cuerpo del conductor. Llamamos a este fenómeno típico el efecto Hall. Edwin Hall en 1879 observó por primera vez el fenómeno, y por lo tanto lo llamamos efecto Hall.
Principalmente la fuerza de Lorentz es responsable de Efecto Hall. Todos sabemos que cuando colocamos un conductor de corriente dentro de un campo magnéticoel conductor experimenta una fuerza mecánica a una dirección dependiendo de la dirección de campo magnético y la dirección de la corriente en el conductor. El La corriente eléctrica significa un flujo de carga. En el metal se debe enteramente al flujo de electrones, en semiconductorse debe al flujo de electrones libres así como a los agujeros. En los semiconductores, los agujeros se mueven en la dirección de la corriente convencional y los electrones libres se mueven en la dirección opuesta a la de la corriente convencional. Como los electrones tienen carga, experimentan una fuerza mientras fluyen a través de un director …colocado dentro de un campo magnético. Debido a esta fuerza, los electrones se desvían hacia un lado de lo conducido durante el flujo. A medida que las siguientes cargas se desplazan hacia un lado del conductor, puede aparecer una pequeña diferencia de potencial en la sección transversal del conductor. Llamamos a todo este fenómeno un efecto hall.
Tomemos un bloque de metal como se muestra a continuación. Lo mostramos aquí como transparente para una mejor comprensión.
Después de aplicar un voltaje a través de la corriente, empiezo a fluir de izquierda a derecha que es a lo largo de la dirección X. Colocamos el bloque de metal en un campo magnético de densidad B. La dirección del campo magnético a lo largo del eje y. Ahora por la regla de la izquierda de Flemings, los portadores de carga experimentarán una fuerza que depende tanto de la dirección de la corriente como de la dirección de campo magnético. Según la regla de Flemings, los electrones de conducción se desviarán hacia el fondo del bloque. Como resultado, habrá un cambio en la concentración de electrones en la parte superior e inferior del bloque. En consecuencia, una pequeña diferencia de potencial aparece a través del bloque a lo largo del eje z. El campo eléctrico creado debido a este desplazamiento de los electrones también se opone al desplazamiento de los electrones hacia la superficie del bloque de metal. Por lo tanto, puede haber dos fuerzas actuando sobre los portadores de carga.
- La fuerza debida al efecto Hall
- La fuerza debida al campo eléctrico creado
Estas fuerzas son opuestas entre sí. Después del establecimiento de cierto campo eléctrico debido a Efecto Hall el sistema se vuelve en equilibrio. En esa condición la fuerza que actúa sobre los portadores de carga (electrones de conducción) debido al campo eléctrico establecido y debido al efecto Hall se convierte en la misma y opuesta. Por lo tanto, no habría más desplazamiento de electrones hacia la superficie del bloque y el sistema estaría en equilibrio.
Concentrémonos en un solo portador de carga que se mueve a través de un director …colocado dentro de un campo magnético.
El cargo del portador de carga es e (digamos)
La densidad de flujo magnético del campo es B (digamos).
Ahora podemos escribir la fuerza magnética que actúa sobre el conductor de corriente de longitud activa L y corriente I como
Cuando la dirección de B y I son perpendiculares entre sí.
Podemos reescribir la ecuación anterior como
Donde V es la velocidad de la carga que pasa a través del conductor.
De la ecuación anterior, podemos escribir la fuerza que actúa en un solo portador de carga como,
Donde v es la velocidad de deriva de los portadores de carga.
Ahora podemos escribir el campo creado debido a Efecto Hall como, EH.
Por lo tanto, podemos escribir la fuerza que actúa en el portador de carga debido al campo como
Ahora en equilibrio
Ahora consideramos que N es la concentración del portador de carga.
A partir de la ecuación 1 y 2, podemos escribir
Llamamos al término 
como el Coeficiente de Efecto Hall o simplemente Coeficiente Hall. Definimos el Coeficiente Hall como el campo Hall por unidad de densidad de campo magnético por unidad de densidad de corriente.
Aplicación del efecto Hall
Efecto Hall es un fenómeno muy útil y ayuda a
Determinar el tipo de semiconductor
Conociendo la dirección del voltaje de la sala, se puede determinar que la muestra dada es si semiconductor tipo n o semiconductor tipo p. Esto se debe a que el coeficiente Hall es negativo para el semiconductor de tipo n mientras que el mismo es positivo en el caso del semiconductor de tipo p.
Calcular la concentración del portador
Las expresiones para las concentraciones de portadores de electrones (n) y agujeros (p) en términos de coeficiente Hall vienen dadas por
Determinar la movilidad (Hall Mobility)
La expresión de la movilidad de los electrones (n) y los agujeros (p), expresado en términos de coeficiente de Hall viene dado por,
Dónde,n yp representan el conductividad debido a los electrones y los agujeros, respectivamente.
Medir la densidad del flujo magnético
Esta ecuación se puede deducir fácilmente de la ecuación del voltaje de Hall y está dada por
Además, hay muchos tipos de equipo comercialmente disponibles basados en el principio del efecto Hall, incluyendo los sensores de efecto Hall y las sondas de efecto Hall.
