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과학

홀 효과

홀 효과과학
영어
Hall effect
측정량
가로 방향의 홀 전압
단일 운반자 모형
|V_H|=IB/(n|q|t)
t의 의미
자기장 방향의 시료 두께
홀 효과는 전류가 흐르는 물질에 수직 자기장을 가했을 때 전류와 자기장 모두에 가로인 방향으로 전압이 생기는 현상이다. 움직이는 전하 운반자가 자기력으로 한쪽으로 치우치며 생기는 전기장과 관련된다.

가로 전압이 생기는 과정

도선 안의 운반자는 드리프트 운동 중 자기력을 받는다. 전하가 측면에 쌓이면 가로 전기장이 생기고 추가적인 치우침을 억제한다. 단순한 정상 모형에서는 전기력과 자기력이 균형을 이뤄 가로 방향 순힘이 0이 된다.

운반자 부호 읽기

같은 전류와 자기장 방향에서 전자가 운반하는 경우와 양전하 운반자가 움직이는 경우는 홀 전압의 극성이 달라질 수 있다. 다만 실제 물질에서 여러 종류 운반자가 함께 기여하면 단순한 부호 해석만으로 충분하지 않다.

두께와 농도의 영향

한 종류 운반자만 있는 단순한 직육면체 모형에서 홀 전압 크기는 전류와 자기장에 비례하고 운반자 수밀도와 두께에 반비례한다. 같은 조건에서 두께가 2배가 되면 전압은 절반이다. 식의 n은 시료 전체 운반자 수가 아니라 단위 부피당 수다.

계측에 쓰이는 이유

운반자 특성을 알고 있는 시료는 자기장을 측정하는 홀 센서로 사용할 수 있다. 반대로 자기장과 시료 형상을 알고 있으면 운반자 정보를 추정한다. 단순 모형이 적용되는지, 접점 위치와 측정 방향이 맞는지도 함께 확인해야 한다.

관련 문서

반도체 도핑 / 전자 / 정공 / 자기장 / 전기장 / 전류 / 전압 / 질량 분석기