sens in fibra e hall

SENSORI DI SEGNALI MAGNETICI
I sensori di campo magnetico si basano quasi esclusivamente sull’effetto Hall
(Edwin Hall, 1879): un campo magnetico trasversale rispetto ad un conduttore
attraversato da una corrente determina nel conduttore la nascita di un campo
elettrico diretto perpendicolarmente al campo magnetico ed alla corrente.
All’origine dell’effetto c’e’ la forza di Lorentz.
L’effetto Hall è molto forte nei semiconduttori perché è legato con proporzionalità
inversa al numero di portatori disponibili nel materiale. Inoltre esso è maggiore
nei semiconduttori in cui i portatori sono dotati di elevata mobilità.
Fra i semiconduttori maggiormente studiati ed utilizzati ci sono: Si, Ge, GaAs,
InAs, InSb.
EFFETTO HALL NEI CONDUTTORI
Gli elettroni, sottoposti ad una
forza F diretta lungo y, si
spostano verso un lato del
conduttore. Ciò determina la
nascita di un campo elettrico EH .
All’equilibrio F=qEH
F = − q(v x × Bz )
⇒
E H = v x Bz
J x Bz
La densità di corrente vale:
J x = −qnv x da cui: EH = −
nq
I x Bz
J x Bz wt
⇒ VH = −
= RH I x Bz
EH w = −
qnt
nq t
t
1
costante di Hall
RH = −
qn
EFFETTO HALL NEI SEMICONDUTTORI
Nei semiconduttori sono presenti elettroni e lacune. In modo analogo a quanto
ricavato per i conduttori, e tenendo presente che:
vn = − µ n E x
si ottiene:
RH =
(
v p = µ p Ex
pµ − nµ
2
p
2
n
q pµ p + nµ n
)
2
per semiconduttori di tipo p:
1
RH =
qp
per semiconduttori di tipo n:
1
RH = −
qn
per semiconduttori intrinseci si ricava:
RH =
µ p − µn
(
qni µ p + µ n
in conseguenza del diverso
valore delle mobilità di
elettroni e lacune, RH sarà
massimo per una data
concentrazione di drogante.
)
che si annulla se
µ p = µn
uso di un sensore di Hall per misure
senza contatto di correnti elettriche
varie geometrie per sensori di Hall
sensore di Hall integrato in un IC in silicio