HallEffektMessungen

HallEffektMessungen beziehen sich auf Messverfahren zur Bestimmung der Eigenschaften des Halleffekts in Festkörpern oder Halbleiterschichten. Grundprinzip: Ein konstanter elektrischer Strom I wird durch eine Probe geleitet. Ein Magnetfeld B wird senkrecht zum Strom angelegt; die Lorentzkraft trennt Ladungsträger quer zur Stromrichtung, wodurch eine transversale Hall-Spannung V_H entsteht. In einer einfachen rechteckigen Probe gilt V_H = R_H (I B)/t, wobei t die Dicke des Probenquerschnitts ist und R_H der Hallkoeffizient. Für einfache Trägerarten ist R_H ≈ 1/(n q), mit n der Trägerdichte und q der Ladung; das Vorzeichen von V_H gibt den Ladungsträger-Typ an.

Typische Messanordnungen nutzen Hall-Bar- oder Van-der-Pauw-Geometrien mit vier Kontakten, um Kontaktwiderstände zu korrigieren. Zur Steigerung des Signal-Rausch-Verhältnisses kommen oft Wechselstrom- oder Lock-In-Techniken zum Einsatz. Aus der linearen Abhängigkeit von V_H gegenüber B im niedrigen Feldbereich erhält man R_H; aus R_H und der Leitfähigkeit σ lässt sich die Trägermobilität μ = |R_H| σ bestimmen.

Anwendungen von HallEffektMessungen umfassen die Charakterisierung von Halbleitern, die Bestimmung von Trägerdichte und Mobilität sowie die Kalibrierung von Hall-Sensoren. In ferromagnetischen Materialien kann zusätzlich der anomalous Hall-Effekt auftreten, der durch Spin-Orbit-Wechselwirkung und Magnetisierung entsteht.

Zu den Fehlerquellen zählen geometrische Ungenauigkeiten, Kontakteigenschaften, Temperaturabhängigkeiten, Kalibrierung des Magnetfelds und Rauschen. Die Messungen liefern ein fundamentales Werkzeug zur Materialcharakterisierung und Sensorik.