Efecto Hall

Las propiedades descritas anteriormente tienen la característica común de que al iluminar o aumentar la temperatura del material, en realidad estamos aportando energía al semiconductor. La experiencia que se describe a continuación es conceptualmente diferente a las anteriores.

El efecto Hall (que será estudiado con detalle en el tema 11 de campo magnético) permite distinguir el signo de los portadores de carga en un material. Mediante dicho efecto se observa que en los materiales conductores los portadores de carga tienen signo negativo, son los electrones libres, mientras que en los semiconductores los portadores de carga pueden tener signo negativo o signo positivo.

En un conductor por el que circula una corriente, en presencia de un campo magnético perpendicular al movimiento de las cargas, aparece una separación de cargas que da lugar a un campo eléctrico en el interior del conductor perpendicular al movimiento de las cargas y al campo magnético aplicado, y en consecuencia una diferencia de potencial entre los puntos C y A de la figura.

La existencia de esta diferencia de potencial se pone de manifiesto experimentalmente, al colocar un voltímetro preciso entre los puntos A y C. Esta diferencia de potencial suele ser del orden de microvoltios. En el caso que estamos considerando y conectando el positivo del voltímetro al punto C y el negativo al punto A, el voltímetro nos proporcionaría una lectura positiva; es decir, la tensión en el punto C es mayor que la tensión en el punto A.

Si sustituimos el material conductor por una barra de silicio, dopado con átomos de fósforo y repetimos la experiencia, se obtiene que, de nuevo, aparece entre el punto C y el A una diferencia de potencial, que al igual que en el caso de la barra conductora corresponde a un valor de la tensión en C superior a la tensión en A; la lectura del voltímetro es de nuevo positiva, aunque ahora es del orden de milivoltios. Este resultado nos confirmaría que en el semiconductor dopado con fósforo los portadores de carga siguen siendo los electrones libres.

Si en lugar de dopar el silicio con átomos de fósforo (material pentavalente, cinco electrones en la última capa), lo dopamos con átomos de galio, por ejemplo, (material trivalente) los resultados experimentales cambian. El voltímetro conectado entre los puntos C y A nos indica que sigue existiendo una diferencia de potencial del orden de milivoltios entre esos dos puntos, pero ahora esta diferencia de potencial es negativa, y la tensión en el punto C es inferior a la tensión en el punto A. Recordemos que no hemos modificado ni el sentido de la corriente, ni el del campo magnético. ¿Cómo podemos explicar esta diferencia?

La única explicación posible es que, al dopar con galio, los portadores de carga responsables de la corriente eléctrica sean cargas positivas. Así, en la parte superior del material aparece un exceso de carga negativa y en la parte inferior una distribución de cargas positivas. Estas distribuciones de carga proporcionan la diferencia de potencial negativa que está mostrada en la Figura 8-7. En el caso de los conductores su modelo de conducción planteaba la existencia de electrones libres, que producían la corriente eléctrica, y iones positivos inmóviles formados por los núcleos de los átomos y los electrones de orbitales interiores. Más adelante definiremos el carácter que tienen estas cargas positivas móviles.

Publicado por Ider Guerrero

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