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霍尔开关旋转位置检测的应用领域

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卖家[上传人]：落幕

文档编号：89973798

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常见问题

1、量子反常霍尔效应所需要实验材料的三个苛刻条件全部实现材料生长动力学机制这一关键问题得以解决，但这并不意味着接下来的工作就是一片坦途。毫不例外的，实现量子反常霍尔效应所需的三个苛刻条件带来的种种难题，我们也都遇到了。比如即使是高质量的拓扑绝缘体薄膜，也很难做到真正绝缘；另外在拓扑绝缘体材料中实现自发铁磁序也非常困难。在四年里，我们团队成员共生长和测量了超过1000个样品，并通过一次次的生长、测量、反馈、调整，争取每一步都做到极致。2010年，我们完成了对1纳米到6纳米（头发丝粗细的万分之一）厚度薄膜的生长和输运测量，得到了系统的结果，从而使得准二维拓扑绝缘体的制备和输运测量成为可能。2011年，我们实现了对拓扑绝缘体能带结构的精密调控，使其成为真正的绝缘体，去除了体内电子对输运性质的影响。2011年底，我们在准二维、体绝缘的拓扑绝缘体中实现了自发长程铁磁性，并利用外加栅极电压对其电子结构进行了原位精密调控。就这样，量子反常霍尔效应所需要实验材料的三个苛刻条件终于实现了！2012年10月的一个晚上，我收到学生的短信：在实验中发现了量子反常霍尔效应的迹象！当晚，我立即设计出几套方案，部署好了

2、下一步的实验，特别是和中科院物理所吕力研究组合作，将实验推进到接近绝对零度的极低温。接下来的一段时间里，数据不停地跳动着，10000、20000、25800！数据停住了！材料在零磁场中的反常霍尔电阻达到量子电阻的数值并形成一个平台，同时纵向电阻急剧降低并趋近于零，这是量子化反常霍尔效应的特征性行为！历史在这一时刻定格，在美国物理学家霍尔于1880年发现反常霍尔效应133年后，人类终于实现了其量子化，这一步由我们中国人的实验完成！霍尔元件为什么是用半导体而不是用金属材料制作霍尔效应是一种磁敏效应，一般在半导体薄片的长度X方向上施加磁感应强度为B的磁场，则在宽度Y方向上会产生电动势UH，这种现象即称为霍尔效应。UH称为霍尔电势，其大小可表示为： UH=RH/d*IC*B (1) 式中，RH称为霍尔系数，由导体材料的性质决定;d为导体材料的厚度，IC为电流强度，B为磁感应强度。设RH/d=K,则式(1)可写为： UH=K*IC*B (2) 可见，霍尔电压与控制电流及磁感应强度的乘积成正比，K称霍尔系数值越大，灵敏度就越高;元件厚度越小，输出电压也越大。霍尔系数:K=1/(n*q)式中,

3、n为载流子密度,一般金属中载流子密度很大,所以金属材料的霍尔系数系数很小,霍尔效应不明显; 而半导体中的载流子的密度比金属要小得多,所以半导体的霍尔系数系数比金属大得多,能产生较大的霍尔效应，故霍尔元件不用金属材料而是用半导体。霍尔元件可用多种半导体材料制作，如Ge、Si、InSb、GaAs、InAs、InAsP以及多层半导体异质结构量子阱材料等等。霍尔元件是一种基于霍尔效应的磁传感器。用它们可以检测磁场及其变化，可在各种与磁场有关的场合中使用。霍尔元件具有许多优点，它们的结构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高(可达1MHZ)，耐震动，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀。线性霍尔器件的精度高、线性度好;霍尔开关器件无触点、无磨损、输出波形清晰、无抖动、无回跳、位置重复精度高(可达m 级)。采用了各种补偿和保护措施的霍尔器件的工作温度范围宽。所谓霍尔效应，是指磁场作用于载流金属导体、半导体中的载流子时，产生横向电位差的物理现象。金属的霍尔效应是1879年被美国物理学家霍尔发现的。当电流通过金属箔片时，若在垂直于电流的方向施加磁场，则金属箔片两侧面会出现横

4、向电位差。半导体中的霍尔效应比金属箔片中更为明显，而铁磁金属在居里温度以下将呈现极强的霍尔效应。利用霍尔效应可以设计制成多种传感器。霍尔元件在电子防盗锁的应用电子防盗锁主要是以蓄电池为主供电，所以内部器件对功耗有一定的要求。全级的霍尔元件YS248/YS4913功耗可达到微安级，超低工作电压可达2.4V，广泛应用于低功耗的产品。微功耗霍尔元件YS248/YS4913，在电子锁中主要起到限位开关的作用，霍尔和磁铁的配合。磁铁靠近霍尔输出低电平。做出一个开的动作，当磁铁离开霍尔元件输出高电平，做出一个关的动作。 YS248/YS4913这类全级低功耗的霍尔元件，是可以感应N级和S级，无论过来的N级还是S级都是有信号输出，进而做出动作。YS4913/YS248 是一款基于混合信号 CMOS 技术的无极性霍尔开关，这款 IC 采用了先进的斩波稳定技术，因而能够提供准确而稳定的磁开关点霍尔开关旋转位置检测的应用领域霍尔开关于19世纪被E.H.霍尔发现，它是磁感应的一种。它定义了磁场和感应电压之间的关系，这种效应和传统的感应效果完全不同。霍尔效应旋转位置传感器使用磁场代替机械电刷或表盘，专用

5、于测量运动部件的角位置。这种产品采用具有磁性偏置的霍尔开关元件来检测工作范围内的执行器转轴的旋转运动。原理是执行器转轴的旋转使得磁铁相对元件IC的位置发生改变，并导致磁性大小的改变，这种改变最终被转换为线性输出。霍尔效应旋转位置传感器适用于多种交通运输业和工业领域的严苛应用，并极具成本效益。一、交通运输业应用 1、踏板位置传检测在一些重型或其他种类的车辆中，霍尔效应旋转位置传感器可用来代替油门拉索。随着驾驶者踩踏板的力增大，踏板下压的幅度也相应增大，向发动机输送的空气和燃料也就更多，车辆就会提速。当驾驶者松开踏板时，霍尔效应旋转位置传感器会感应到踏板位置的变化，并向发动机发送信号来减少流过节流板的空气和汽油，车辆就会减速。拉索会产生过度拉伸或锈蚀等问题，潜在地增加了维护和再校准负担。使用传感器代替拉索将优化发动机控制系统的响应，从而减少了车辆排放、提高了可靠性、并防止车辆过重。总的来说，电子线控系统相比旧式的线缆连接系统更加安全也更加经济。霍尔效应旋转位置传感器可用于客车或重型车辆的高度系统来感应悬架系统的位置变化。客车的跪倾系统可使其上部结构位置降低，方便乘客上车。霍尔效应旋转位置传感器可同时用在系统的操作端和执行端上：一个位置传感器用来检测操纵杆的位置，第二个传感器部署在悬吊臂或悬吊臂连接装置上来检测车辆高度。精确的位置传感能保证车辆处于符合应用系统所要求的高度上，从而方便了上下车辆。大型载重拖车也同样可以使用霍尔效应旋转位置传感器来检测拖车车厢的高度，以优化入库流程。 2、快艇倾斜/吃水差位置检测霍尔效应旋转位置传感器可用于检测快艇的倾斜/吃水差状况。能精确地报告推进器的角位置，帮助驾驶者避开危险并提升船体性能。

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