Magnetfeldabhängige Bauelemente

Grundlagen des Halleffekts

Bekannt ist, dass ein Magnetfeld auf stromdurchlossene Leiter eine Ablenkkraft ausübt. Die Ablenkkraft wirkt der Beobachtung nach aber auch auf Elektronen, die sich im Vakuum bewegen (vgl. Braunsche Röhre).

Ein Magnetfeld wirkt auf Elektronen mit einer Ablenkkraft, der sogenannten Lorentz - Kraft.

Edwin Herbert Hall  1855 - 1938

Durch die Verschiebung der Elektronen (eigentlich ihrer Strombahnen - siehe Abblidung rechts) von einer Seite eines dünnen Plätchens zur anderen, entsteht einerseits ein Ladungsüberschuss (-) und andererseits ein Ladungsmangel (+).

Legt man quer zur Stromrichtung also Elektroden an, kann eine Spannung gemessen werden. Diese Beobachtung geht auf den Physiker E. H. Hall zurück.

Hall Effekt

Hallgeneratoren

Hallgeneratoren liefern die Hallspannung (an den Anschlüssen 3 - 4) als proporzionalen Wert zur ablenkenden Magnetischen Induktion B und zum fließenden Strom I (über die Anschlüsse 1 - 2)

Symbol des Hallgenerators

Die Berechnung der Hallspannung kann über folgende Beziehung erfolgen:

Berechnung der Hallspannung

Darin ist:
UHdie Hallspannung
RHdie Hallkonstante
Ider Strom
Bdie Magnetische Flussdichte (Induktion)
ddie Dicke des Plättchens

Der Halleffekt lässt sich in allen Leitern beobachten. Die größte Wirkung kann aber in Halbleitern erzielt werden, wie die folgende tabellarische Zusammenstellung einiger Hallkonstanten zeigt.

RH in m3/As Werkstoff
10-9 Metalle
240 .10-6 Indiumantimonid (InSb)
120 .10-6 Indiumarsenid (InAs)

Feldplatten

Grundlagen des Widerstandseffekts

Der Widerstand eines Leiters hängt unter Anderem von seiner Länge ab. Aus Sicht des bewegten Elektrons also: Vom zurückgelegten Weg in einem Leiter. Die Frage lautet deshalb:

Wie kann durch ein Magnetisches Feld der Weg der Elektronen in einem Halbleiter wesentlich verlängert werden?

Anwendung des Widerstandseffekts

Prinzip der Feldplatte

Eine Feldplatte besteht aus dem Trägermaterial Indiumantimonid (InSb). Darauf liegen quer zur Stromflussrichtung mikroskopisch kleine Nadeln aus Nickelantimonid (NiSb).

Werden die Elektronen durch ein Magnetisches Feld von außen abgelenkt, fließen diese durch die querliegenden Nadeln immer wieder zurück. Sie folgen einem Zick-Zack-Kurs, der umso länger ist, je stärker die Magnetische Induktion B ist.