HallSpannung

Die Hallspannung, auch Hall-Spannung genannt, ist eine transversale elektrische Spannung, die in einem stromdurchflossenen Leiter oder Halbleiter entsteht, wenn dieses Bauelement einem magnetischen Feld senkrecht zur Stromrichtung ausgesetzt wird. Durch die Lorentzkraft auf die beweglichen Ladungsträger werden diese seitlich abgelenkt und bauen ein Hallfeld auf, das den weiteren Ladungstransport ausgleicht. Im Gleichgewicht ergibt sich eine messbare Spannung zwischen den gegenüberliegenden Flächen des Bauelements.

Die Hallspannung lässt sich mit dem Hallkoeffizienten und den Bauelement-Geometrien verbinden. Die Hall-Konstante R_H wird definiert als R_H = E_y / (J_x B_z) = 1/(n q), wobei n die Trägerdichte und q die Ladung des Trägers ist. Die Hallspannung ergibt sich aus V_H = R_H (I B) / t, wobei I der Strom, B die magnetische Flussdichte und t die Dicke des Bauelements in Richtung der Hall-Spannung ist. Das Vorzeichen von R_H gibt die Art der Ladungsträger an: negativ für Elektronen, positiv für Löcher.

Materialien und Messbedingungen beeinflussen die Hallspannung stark. In Metallen ist R_H oft klein und durch Mehrfachbänderstrukturen gelegentlich anomal verschoben. In Halbleitern kann R_H stark variieren und sogar das Vorzeichen wechseln, abhängig von der dominierenden Trägerart und Dotierung. Temperatur, Mobilität und Geometrie spielen ebenfalls eine Rolle.

Anwendungen finden sich in Hall-Sensoren zur Messung von Magnetfeldern, Positionen und Strömen, sowie in Forschung und Industrie zur berührungslosen Bestimmung von elektrischen Größen. Die Entdeckung des Hall-Effekts erfolgte 1879 durch Edwin Hall.