什麼是霍爾係數?
霍爾係數(RH)描述當載流的導體或半導體置於垂直磁場中時的反應。移動中的載子會被磁場推向側邊,於是在橫向累積出可測得的電壓,也就是所謂的霍爾電壓。霍爾係數將這個電壓與實驗參數連結起來,能同時揭露載子的正負號與濃度——RH 為正值代表以電洞導電,為負值則代表以電子導電。
如何使用本計算器
請以 SI 單位輸入四項量測值:霍爾電壓 VH(單位伏特 V)、樣品厚度 t(單位公尺 m,即與磁場方向平行的尺寸)、電流 I(單位安培 A),以及磁通密度 B(單位特斯拉 T)。計算器會回傳以立方公尺每庫侖(m³/C)為單位的 RH。請務必所有數值都採用 SI 基本單位,這樣結果在量綱上才會正確。
公式說明
主導方程式為:
$$R_H = \frac{\text{霍爾電壓 } V_H \cdot \text{厚度 } t}{\text{電流 } I \cdot \text{磁場 } B}$$
其中 \(V_H \cdot t\) 是以樣品厚度對量測電壓進行縮放,而分母中的 \(I \cdot B\) 則對應驅動電流與外加磁場。接著可由 \(n = \frac{1}{R_H \cdot q}\) 求出載子濃度 \(n\),式中 \(q\) 為基本電荷。
範例試算
假設 \(V_H = 1 \times 10^{-4}\ \text{V}\)、\(t = 1 \times 10^{-3}\ \text{m}\)、\(I = 0.01\ \text{A}\)、\(B = 0.5\ \text{T}\)。則 $$R_H = \frac{1 \times 10^{-4} \times 1 \times 10^{-3}}{0.01 \times 0.5} = \frac{1 \times 10^{-7}}{0.005} = 2 \times 10^{-5}\ \text{m}^3/\text{C}$$ 此正值代表為 p 型(電洞)導電。
常見問題
我該使用什麼單位?請使用 SI 基本單位(伏特、公尺、安培、特斯拉),這樣 RH 的結果才會是 m³/C。
為什麼用的是厚度而非寬度?厚度是沿著磁場方向的尺寸,它決定了被偏轉的載子所橫越的截面。
RH 可以是負值嗎?可以。霍爾係數為負代表以電子(n 型)為主要導電方式;為正則代表電洞(p 型)。