霍尔效应及霍尔元件的最新应用.docx

霍尔效应及其应用班级：09311201姓名：张博文学号：1120122387摘要：霍尔效应是电磁效应的一种，这一现象是美国物理学家霍尔(A.H.Hall, 1855—1938)于1879年在研究金属的导电机制时发现的当电流垂直于外磁场通过导体时，在导体的垂直于磁场和电流方向的两个端面之间会出现电势差，这一现象就是霍尔效应而在 霍尔效应发现约100年后，德国物理学家克利青(Klaus von Klitzing, 1943-)等在研 究极低温度和强磁场中的半导体时发现了量子霍尔效应在这之后，1998年的诺贝尔 奖颁发给了分数量子霍尔效应的发现者目前，霍尔效应已经被广泛应用于我们的生活, 并且将成为未来生活中不可或缺的一个科技指向关键词：电磁效应电势差经典霍尔效应引言：对霍尔效应的探讨会加强对现在的尖端科技的发展的认识，并且为更深的科 学研究作基础论文包括了霍尔效应的发现、具体原理和发展现状3正文：霍尔效应在1879年被物理学家霍尔 发现，它定义了磁场和感应电压之 间的关系，这种效应和传统的电磁 感应完全不同当电流通过一个位 于磁场中的导体的时候，磁场会对 导体中的电子产生一个垂直于电 子运动方向上的的作用力，从而在 垂直于导体与磁感线的两个方向 上产生电势差。

虽然这个效应多年 前就已经被人们知道并理解，但基 于霍尔效应的传感器在材料工艺 获得重大进展前并不实用，直到 出现了高强度的恒定磁体和工作于 小电压输出的信号调节电路经典霍尔效应原理：在半导体上外加与电流方向垂直的磁场，会使得半导体中的 电子与空穴受到不同方向的洛伦兹力而在不同方向上聚集，在聚集起来的电子与空穴之间 会产生电场，此电场将会使后 来的电子和空穴受到电场力 的作用而平衡掉磁场对其产生的洛伦兹力，使得后来的电 L .子和空穴能顺利通过不会偏 4移，此称为霍尔效应而产生的内建电压称为霍尔电压假设导体为一个长方体，长度分别为a、b、c,磁场垂直ab平面电流经过ab 面，电流I二nqv(ab), n为电荷密度设霍尔电压为U导体沿霍尔电压方向的电 场为U / a设磁场强度为B则洛伦兹力f=qE+qvB电荷在横向受力为零时不在发生横向偏转，结果电流在磁场作用下在器件的两 个侧面出现了稳定的异号电荷堆积从而形成横向霍尔电场E= - vB由实验可测出E= U/a，定义霍尔电阻为R= U/I =Ea/ja= E/jj 二 qnvbR=-vB/(qnbv)=- B/(qnb)U=R*I二-BI/(qnb)霍尔效应还可细分为：经典霍尔效应，整数量子霍尔效应和分数量子霍尔效应， 但我们所学的主要是经典霍尔效应，所以对另外两者不多加赘述。

霍尔效应在应用技术中特别重要霍尔发现，如果对位于磁场(B)中的导体(d) 施加一个电压(Iv)，该磁场的方向垂直于所施加电压的方向，那么则在既与磁场垂 直又和所施加电流方向垂直的方向上会产生另一个电压(U)，人们将这个电压叫做 霍尔电压，产生这种现象被称为霍尔效应根据霍尔效应做成的霍尔器件，就是以 磁场为工作媒体，将物体的运动参量转变为数字电压的形式输出，使之具备传感和 开关的功能比如利用霍尔效应原理可以测量某点或缝隙中的磁场、半导体中载流 子迁移率和浓度及判别材料的导电类型；此外，还可以利用霍尔效应制成多种测量 器件，例如测量磁场感应强度的特斯拉计、测量电流的电流计、测量电功率的瓦特 计、测量磁场方向的罗盘和单向传递信息的隔离器等此外，利用霍尔效应还可以 测量时间、长度变化等物理量实际上，自从霍尔效应被发现100多年以来,它的应用经历了三个阶段：第一阶段是从霍尔效应的发现到20世纪40年代前期最初，由于金属材料中的 电子浓度很大，而霍尔效应十分微弱，所以没有引起人们的重视这段时期也有人利 用霍尔效应制成磁场传感器，但实用价值不大，到了 1910年有人用金属铋制成霍尔 元件，作为磁场传感器。

但是，由于当时未找到更合适的材料,研究处于停顿状态第二阶段是从20世纪40年代中期半导体技术出现之后，随着半导体材料、制造 工艺和技术的应用，出现了各种半导体霍尔元件，特别是锗的采用推动了霍尔元件 的发展，相继出现了采用分立霍尔元件制造的各种磁场传感器第三阶段是自20世纪60年代开始，随着集成电路技术的发展，出现了将霍尔半 导体元件和相关的信号调节电路集成在一起的霍尔传感器进入20世纪80年代，随 着大规模超大规模集成电路和微机械加工技术的进展，霍尔元件从平面向三维方向 发展，出现了三端口或四端口固态霍尔传感器，实现了产品的系列化、加工的批量 化、体积的微型化霍尔集成电路出现以后，很快便得到了广泛应用人们在利用霍尔效应开发的各种传感器，磁罗盘、磁头、电流传感器、非接触 开关、接近开关、位置、角度、速度、加速度传感器、压力变送器、无刷直流电机 以及各种函数发生器、运算器等，已广泛应用于工业自动化技术、检测技术和信息 处理各个方面参考文献：1、《大学物理》 苟秉聪 胡海云 主编；2、 百度百科；3、 维基百科；4、 《霍尔效应及应用》 张海涛（沈阳师范大学物理学科与技术学院辽宁沈阳110034）。