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《霍尔效应及霍尔元件在物理量测量中的应用_江铭波》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第26卷第2期湖北工业大学学报2011年04月Vol.26No.2JournalofHubeiUniversityofTechnologyApr.2011[文章编号]1003-4684(2011)02-0142-03霍尔效应及霍尔元件在物理量测量中的应用江铭波,阎旭东,徐国旺(湖北工业大学理学院,湖北武汉430068)[摘要]根据霍尔效应的基本理论,阐明制作霍尔元件的材料的电学性质,探讨利用霍尔效应测量电学量及非电学量的方法.[关键词]霍尔效应;霍尔电势;霍尔灵敏度;磁感应强度;磁场梯度[中图分类号]TP212[
2、文献标识码]:A霍尔效应的应用还存在着很大的开拓空间.而为电子电荷量.它是反映材料霍尔效应强弱的重要阐明制作霍尔元件的基本参量的物理意义和制造该参数.RH大,霍尔效应强;RH小,霍尔效应弱.由运元件所要满足的半导体材料的电学特性,探讨广泛动电荷(电流)在磁场中所受洛伦兹力和霍尔电场力应用霍尔元件测量磁场、电流、电压、电功率以及非平衡,进一步计算可得电量,特别是微小位移量的方法,对全面应用霍尔效RH=UHd/(IB).(2)应开展设计性实验研究以及在工程技术中应用霍尔由式(2)可知,只要给出磁感应强度B(特斯拉),
3、工传感器是十分重要的.作电流I(安)和元件厚度d(米),测出霍尔电势UH,3就可求出材料的霍尔系数RH(米/库仑).RH实际1霍尔效应和霍尔参数上是有正、负符号的量,其符号由UH的正负决定.若UH=UAA'<0,即UA0,即RH如图1所示,将一N型半导体薄片垂直置入磁为正,其霍尔元件为P型半导体.场B中,并沿DD'方向通以电流I,就会在垂直于电测得RH后,可进一步由式(1)求出霍尔材料的流和磁场方向的薄片的AA'两侧产生电势UH,
4、这一载流子浓度n=1/(
5、RH
6、e).考虑到材料的电阻率现象叫霍尔效应.UH被称作霍尔电势.[1]ρ与载流子浓度n,以及电子迁移率μ之间的关系ρ=1/(neμ),于是有
7、RH
8、=ρμ.(3)式(3)说明,测得了RH和电阻率,便可求出迁移率μ.只有电阻率ρ大,迁移率μ也大的材料,霍尔系数RH才大.一般金属材料μ很高,但ρ很小,而绝缘材料ρ极高,但μ很低,只有N型半导体材料μ和ρ均很大,(P型半导体μ一般小于N型半导体),所以N图1霍尔效应原理型半导体最适合于制造霍尔元件,霍尔效应最显著.例如N型锗(Ge)、N型硅(
9、Si)、锑化铟(InSb)、砷化1.2霍尔系数RH由材料性质确定铟(InAs)、磷化铟(InSp)、砷化钙(CaAs)等,其各参[2]当霍尔效应发生时,有量值请参阅文献.RH=1/(ne).(1)1.3霍尔元件灵敏度KH与元件几何尺寸有关式中,RH称为材料的霍尔系数;n为载流子浓度;e霍尔元件是由壳体包围并焊接四根引线的半导[收稿日期]2010-10-25[作者简介]江铭波(1971-),男,湖北天门人,湖北工业大学实验师,研究方向为物理传感器的应用第26卷第2期江铭波等霍尔效应及霍尔元件在物理量测量中的应用14
10、3体器件.令对弱磁场进行检测时,可以采用高磁导率的磁性材KH=RH/d=1/(ned).(4)料集中磁通(集束器)来增强磁场强度以方便测量.将式(2)代入式(4),显然有因霍尔元件尺寸极小,可进行多点检测,由计算机进UH=KHIB.(5)行数据处理,得到磁场的分布状态,测量精度可从KH称为霍尔元件灵敏度.它表示霍尔元件在单位1%到0.01%.磁感应强度作用和单位工作电流控制下,霍尔电极2.2测量电流开路时,产生霍尔电势的大小,其单位为(伏特/安根据安培定律,在载流导体周围将产生正比于培·特斯拉).KH不仅与霍尔元
11、件的材料电学性质该电流的磁场.将霍尔元件置于这一磁场中,即可获有关,也与其几何尺寸有关.对于一个确定的霍尔元得正比于该磁场的霍尔电势UH.测量该霍尔电势件,KH是一个常数.只有选用的N型半导体材料制UH的大小,可间接测量电流I0的大小.成的霍尔片足够薄(一般只有0.2mm),方可有效地用环形导磁材料作成铁芯,套在被测电流流过提高霍尔元件灵敏度.通常片状硅霍尔元件的KH的导线上,如图2所示.电流感生的磁场聚集在铁芯仅为2V/A·T左右,而薄型霍尔元件的KH可提高中.在铁芯上开一个与霍尔元件厚度相等的气隙,并两个数量
12、级.例如薄膜霍尔元件都是用锑化铟薄膜将线型霍尔元件紧紧地夹在气隙中间,霍尔集成电制作的,因为锑化铟的电子迁移率比其它材料都大.路就输出与被测电流成正比的霍尔电势UH=它既可制作单晶霍尔元件,也可制作薄膜霍尔元件.KHIB=K'II0.式中I为工作电流,I0为被测电流.利用镀膜工艺镀膜可以得到厚度仅为1μm的薄膜,再经过光刻腐蚀及制作电极和焊接引线等工艺制成薄膜霍尔元件.这
