什么是霍爾效應(yīng)原理

1879年霍爾(A.H.Hall)在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)：在均勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中放入一塊板狀金屬導(dǎo)體，并與磁場(chǎng)B方向垂直如圖1，在金屬板中沿與磁場(chǎng)B垂直的方向通以電流I的時(shí)候，在金屬板上下表面之間會(huì)出現(xiàn)橫向電勢(shì)差UH 這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，電勢(shì)差UH 稱為霍爾電勢(shì)差。進(jìn)一步的觀察實(shí)驗(yàn)還指出，霍爾電勢(shì)差UH 大小與磁感應(yīng)強(qiáng)度B和電流強(qiáng)度I的大小都成正比，而與金屬板的厚度d成反比。即UH =RHIB/d (V)；式中RH——（m^3*C^-1）僅與導(dǎo)體材料有關(guān)，稱為霍爾系數(shù)。當(dāng)時(shí)雖然發(fā)現(xiàn)了霍爾效應(yīng)現(xiàn)象，但在發(fā)現(xiàn)電子以前，人們不知道導(dǎo)體中的載流子是什么，不能從電子運(yùn)動(dòng)的角度加以解釋霍爾效應(yīng)的物理現(xiàn)象，現(xiàn)在我們按電子學(xué)理論對(duì)霍爾效應(yīng)做了如下的解釋：金屬中的電流就是自由電子的定向流動(dòng)，運(yùn)動(dòng)中的電子在磁場(chǎng)中要受到洛侖茲力的作用。設(shè)電子以定向速度運(yùn)動(dòng)，在磁場(chǎng)B中，電子就要受到洛倫茲力f作用，電子沿著f所指的方向漂移，從而使導(dǎo)體上表面積累過多的電子，下表面出現(xiàn)電子不足，從而在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生方向向上的電場(chǎng)。當(dāng)這電場(chǎng)對(duì)電子的作用力－eEH 正好與磁場(chǎng)作用力f相平衡時(shí)，達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

霍爾效應(yīng)被發(fā)現(xiàn)后，人們做了大量的工作，逐漸利用這種物理現(xiàn)象制成霍爾元件。霍爾元件一般采用N型鍺（Ge）,銻化銦（InSb）和砷化銦（InA）等半導(dǎo)體材料制成。銻化銦元件的霍爾輸出電勢(shì)較大，但受溫度的影響也大；鍺元件的輸出電勢(shì)小，受溫度影響小，線性度較好。因此，采用砷化銦材料做霍爾元件受到普遍的重視?；魻柶骷且环N磁傳感器。用它們可以檢測(cè)磁場(chǎng)及其變化，可在各種與磁場(chǎng)有關(guān)的場(chǎng)合中使用。按照霍爾器件的功能可將它們分為: 霍爾線性器件和霍爾開關(guān)器件。前者輸出模擬量，后者輸出數(shù)字量?；魻柶骷曰魻栃?yīng)為其工作基礎(chǔ)。 霍爾器件具有許多優(yōu)點(diǎn)，它們的結(jié)構(gòu)牢固，體積小，重量輕，壽命長(zhǎng)，安裝方便，功耗小，頻率高（可達(dá)1MHZ），耐震動(dòng)，不怕灰塵、油污、水汽及鹽霧等的污染或腐蝕。 霍爾線性器件的精度高、線性度好；霍爾開關(guān)器件無觸點(diǎn)、無磨損、輸出波形清晰、無抖動(dòng)、無回跳、位置重復(fù)精度高（可達(dá)μm級(jí)）。取用了各種補(bǔ)償和保護(hù)措施的霍爾器件的工作溫度范圍寬可達(dá)－55℃～150℃。按被檢測(cè)的對(duì)象的性質(zhì)可將它們的應(yīng)用分為:直接應(yīng)用和間接應(yīng)用。前者是直接檢測(cè)出受檢測(cè)對(duì)象本身的磁場(chǎng)或磁特性，后者是檢測(cè)受檢對(duì)象上人為設(shè)置的磁場(chǎng)，用這個(gè)磁場(chǎng)來作被檢測(cè)的信息的載體，通過它，將許多非電、非磁的物理量例如力、力矩、壓力、應(yīng)力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、轉(zhuǎn)數(shù)、轉(zhuǎn)速以及工作狀態(tài)發(fā)生變化的時(shí)間等，轉(zhuǎn)變成電量來進(jìn)行檢測(cè)和控制。

審核編輯黃宇