Гальваномагнитные устройства. 
Электроника

Если пластинку полупроводника, по которой протекает электрический ток, поместить в магнитное поле (рис. 1.22, г), то поле искривит траектории носителей зарядов. Вследствие этого между боковыми гранями возникает ЭДС Холла (или гальваномагнитная ЭДС), пропорциональная силе тока и напряженности магнитного поля. Это явление используется при создании различных приборов для измерения токов, напряжений и магнитных полей.

Гальваномагнитные эффекты наблюдаются не только в полупроводниках и проводниках, но и в жидкостях и в газовой плазме — везде, где движутся носители тока и действуют магнитные поля.

В полупроводниках действие магнитного поля приводит к появлению не только ЭДС — искривляются траектории электронов и дырок и уменьшается скорость их движения вдоль заданной оси, что равнозначно увеличению электрического сопротивления. В некоторых полупроводниках относительное увеличение сопротивления в магнитном иоле велико и может доходить до 10⁵ раз.

Например, в кристалле антимонида индия можно вырастить игольчатые кристаллы антимонида никеля, которые могут быть строго ориентированы в заданном направлении. Антимонид никеля проводит ток лучше, чем антимонид индия, и если пропустить ток через кристалл перпендикулярно к иглам антимонида никеля, то проводимость будет определяться только антимонидом индия.

Если магнитное поле действует перпендикулярно кристаллу, то возникает ЭДС Холла, но она будет замыкаться накоротко хорошо проводящими иглами антимонида никеля. При этом действие магнитного поля на движущиеся в антимониде индия электроны сохранится и не будет компенсироваться холловским полем, что приведет к увеличению сопротивления пластинки во много раз даже при слабых магнитных полях.

В современной микроэлектронике приборы на основе гальваномагнитных эффектов нашли широкое применение ввиду их простого устройства и практически неисчерпаемых возможностей. В частности, если выполнить прибор по конструктивной схеме, приводимой на рис. 1.22, Э, тоон может быть использован для выполнения очень многих операций над электрическими сигналами. Например, если на первый вход подавать напряжение с сопротивления нагрузки некоторой цепи, а на второй вход — напряжение, пропорциональное току в нагрузке, то ЭДС Холла будет пропорциональна мощности, потребляемой нагрузкой. Если на оба входа подавать напряжения от двух источников сигналов, то ЭДС будет пропорциональна их произведению. Это позволяет создавать различные устройства: умножители, квадраторы (устройства для возведения некоторого напряжения во вторую, квадратную степень), модуляторы, синхронные детекторы и т. д.

Несколько изменив конструктивную схему, можно получить устройства для сложения и вычитания, деления, измерения разности фаз периодических колебаний, усиления и генерирования электрических колебаний и т. д.

Одним из весьма перспективных приборов на основе эффекта Холла является магпитотранзистор, состоящий из эмиттера, базы и двух коллекторов. Внешнее магнитное поле отклоняет электроны, идущие от эмиттера к коллекторам, тем больше, чем больше его напряженность. Вследствие этого ток одного коллектора оказывается больше, чем другого, и падение напряжения на сопротивлениях нагрузки в цепях коллекторов оказывается разным, поэтому на выходе появляется разностное напряжение, пропорциональное напряженности магнитного поля. Магнитотранзисторы обладают наивысшей магнитной чувствительностью в семействе приборов на основе эффекта Холла, позволяя измерять низкочастотные переменные магнитные поля с напряженностью в сотые доли нанотесла.

На эффекте Холла основана работа разнообразных датчиков, используемых для измерения: переменных и постоянных магнитных полей, токов и мощности, давления, микронеремещения и вибрации, спектров и фазовых соотношений между гармониками в сложных периодических напряжениях.

Магниторезистивный эффект используется в усилителях и генераторах, модуляторах и детекторах, делителях и умножителях, сумматорах, преобразователях, электрических компасах, дозиметрах нейтронных потоков и т. д.