D3 Effet Hall

Topique

Lorsqu'un courant électrique traverse un échantillon de matériau semi-conducteur, tandis qu'un champ magnétique appliqué le traverse également, perpendiculairement au courant, une tension de Hall transversale est induite aux bornes de l'échantillon. La force de Lorentz exercée par ce champ magnétique sur les porteurs de charge majoritaires du courant électrique les dévie vers l'un des bords latéraux de l'échantillon. Ces porteurs de charge déviés s'accumulent à ce bord jusqu'à ce que le champ électrique transversal généré par cette accumulation compense exactement la force de Lorentz. Ce champ électrique transversal équilibré constitue la tension de Hall transversale mesurée entre les deux bords latéraux de l'échantillon. Un champ magnétique appliqué plus intense, parallèlement au même courant électrique, augmente la force de Lorentz et, par conséquent, la tension de Hall transversale.

Il en résulte une force de Lorentz plus importante et, de ce fait, une tension de Hall transversale plus élevée. Cette même tension de Hall transversale détermine le coefficient de Hall de l'échantillon de matériau semi-conducteur : le signe de ce coefficient révèle directement le type de porteur de charge majoritaire dans l'échantillon – positif si ce sont des trous qui sont déviés et s'accumulent à ce bord latéral, négatif s'il s'agit d'électrons. L'amplitude de ce coefficient de Hall révèle la concentration des porteurs de charge majoritaires ; plus la concentration est élevée, plus l'amplitude est faible. En effet, une concentration plus élevée de porteurs de charge majoritaires répartit le même courant électrique entre un plus grand nombre de porteurs et réduit ainsi la déviation nette produite par la tension de Hall transversale. Le fait que la concentration de porteurs de charge majoritaires soit plus faible dans cet échantillon implique que, pour un même courant électrique et un même champ magnétique appliqué, la tension de Hall transversale est plus élevée, et par conséquent, l'amplitude du coefficient de Hall est également plus élevée.

Ainsi, ce modèle, utilisant la tension de Hall transversale et le coefficient de Hall pour caractériser l'échantillon, combine ce même coefficient de Hall avec la conductivité de l'échantillon, mesurée séparément, afin de déterminer la mobilité de Hall des porteurs de charge majoritaires. Cette combinaison du coefficient de Hall et de la conductivité permet d'obtenir cette mobilité de Hall sans avoir recours à des tests supplémentaires autres que les deux déjà effectués sur cet échantillon. Le fait que ce coefficient de Hall, déterminé ici à partir de la tension de Hall transversale, soit plus élevé pour une même conductivité mesurée de cet échantillon signifie que la mobilité de Hall des porteurs de charge majoritaires est également plus élevée.

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