ACHallmetingen

ACHallmetingen, ook wel AC Hallmetingen genoemd, is een methode uit de elektronica en materiaalwetenschap om de Hall-effectrespons van een materiaal te onderzoeken door wisselstroom te gebruiken in plaats van directe stroom. Hierbij wordt een magnetisch veld loodrecht op de gemiddelde plaat gericht en wordt de Hall-spanning gemeten die loodrecht op de stroom vloeit. Uit de Hall meting worden eigenschappen zoals de Hall-coëfficiënt, de draagbaarheidsdichtheid en het type (elektronen of gaten) bepaald.

In de praktijk wordt meestal een Hall-bar structuur gebruikt. Een wisselstroom I(t) = I0 sin(ωt) wordt door het monster gestuurd in combinatie met een constant of wisselend extern magnetisch veld B. De Hall-spanning V_H wordt gemeten tussen de lengtezijkanten van het monster. Omdat de Hall-signaal slim kan gemengd raken met offsetspanningen en 1/f-ruis, wordt vaak gebruikgemaakt van synchronisatie met een lock-in detector. Het Hall-signaal kan worden uitgedrukt als V_H ≈ (R_H I B)/t voor een dun materiaal met dikte t, waarbij R_H de Hall-coëfficiënt is. Voor twee-dimensionale systemen kan ook de oppervlaktescaracterisering van de draagbaarheidsdichtheid n_s uit R_H worden afgeleid, waarbij n_s ≈ 1/(e R_H) geldt bij eenvoudige één-draagberenkoppeling.

Voordelen van ACHallmetingen zijn onder meer een betere reductie van offset- en termische foutbronnen door fasedetectie, evenals de mogelijkheid om signalen bij verschillende temperaturen en frekwenties te analyseren. Nadelen omvatten vereisten voor stabiel magnetisch veld en lage ruis, mogelijke complicaties door Hall- en magnetoresistieve effecten die elkaar beïnvloeden, en geometrische en contactfouten. ACHallmetingen wordt veel toegepast in de karakterisering van halfgeleiders, metalen en vooral in twee-dimensionale materialen zoals graphene en andere laagstructuren.