标签: 霍尔系数

人们在利用霍尔效应原理开发的各种霍尔元件已广泛应用于精密测磁、自动化控制、通信、计算机、航天航空等工业部门及国防领域。按被检测的对象的性质可将它们的应用分为直接应用和间接应用。直接应用是直接检测出受检测对象本身的磁场或磁特性，间接应用是检测受检对象上人为设置的磁场，用这个磁场来作被检测的信息的载体，通过它将许多非电、非磁的物理量，如力、力矩、压力、应力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、转数、转速以及工作状态发生变化的时间等，转变成电量来进行检测和控制。 (1)测量电流强度。将霍尔器件的输出(必要时可进行放大)送到经校准的显示器上，即可由霍尔输出电压的数值直接得出被测电流值。这种方式的优点是结构简单，测量结果的精度和线性度都较高。可测直流、交流和各种波形的电流。在现在的工业现场，霍尔电流传感器是电流检测的产品。 (2)测量微小位移。若令霍尔元件的工作电流保持不变，而使其在一一个均匀梯度磁场中移动，它输出的霍尔电压UH值只由它在该磁场中的位移量来决定。产生梯度磁场的磁系统及其与霍尔器件组成的位移传感器，将它们固定在被测系统上，可构成霍尔微位移传感器。用霍尔元件测量位移具有灵敏度高，惯性小、频响快、工作可靠、寿命长等优点，但工作距离较小。以微位移检测为基础，可以构成压力、应力、应变、机械振动、加速度、重量、称重等霍尔传感器。 (3)压力传感器。霍尔压力传感器由弹性元件，磁系统和霍尔元件等部分组成,加.上压力后，使磁系统和霍尔元件间产生相对位移，改变作用到霍尔元件上的磁场，从而改变它的输出电压UH。由事先校准的P~f(UH)曲线即可得到被测压力P的值。 (4)车用传感器。车用传感器是电子控制系统的主要组成部分之一，在实现车辆电子化中占有举足轻重的地位。一辆电子控制系统比较完整的豪华轿车中，几乎可以有20~30个霍尔传感器用于汽车工作状态的测量和控制。另外，霍尔效应传感器还可用于车用导航系统，变速器控制，汽车生产线自动控制，以及公路挠性路面的检测等。随着车辆电子化的发展，对车用传感器开展以下几个方面的研究开发:环境检测用传感器:主要集中研究开发采用微波的抗振雷达，采用红外线的障碍检测装置，采用超声波和CCD摄像机相结合的距离监测装置，采用微波与红外线和摄像机相结合的视觉放大系统。路况检测用传感器:主要研究开发监测与判断轮胎与路面的各种参数等方面的传感器。车辆状态检测用传感器:主要研究开发用于车速和角速度测量的传感器。未来的汽车用传感器技术，总的发展趋势是微型化、多功能化、集成化和智能化。 (5)电磁无损探伤。钢丝绳作为起重、运输、提升及承载设备中的重要构件，被应用于矿山、运输、建筑、旅游等行业，但由于使用环境恶劣，在它表面会产生断丝、磨损等各种缺陷，所以，及时对钢丝绳探伤检测显得尤为重要。霍尔效应无损探伤方法安全、可靠、实用，被应用在设备故障诊断、材料缺陷检测之中。其探伤原理是建立在铁磁性材料的高磁导率特性之上。采用霍尔元件检测该泄漏磁场的信号变化，可以有效地检测出缺陷存在。 (6)磁流体发电。其基本原理就是利用等离子体的霍尔效应，即在横向磁场作用下使通过磁场的等离子体正、负带电粒子分离后积聚于两个极板形成电源电动势。这种新型的高效发电方式，通过燃料燃烧发出的热能使气体变成高温高压的等离子体流而转换成电能，既提高了热能利用效率又满足了环保的要求。磁流体发电技术，可能是今后取代火力发电的一个方向，磁流体发电发展前景广阔。

产品概述： 本仪器系统由：电磁铁、电磁铁电源、高精度恒流源高精度电压表、高斯计、霍尔效应样品支架、标准样品、系统软件。为本仪器系统专门研制的 JH10效应仪将恒流源，六位半微伏表及霍尔测量复杂的切换继电器——开关组装成一体，大大减化了实验的连线与操作。JH10可单独做恒流源、微伏表使用。用于测量半导体材料的载流子浓度、迁移率、电阻率、霍尔系数等重要参数，而这些参数是了解半导体材料电学特性必须预先掌控的，因此霍尔效应测试系统是理解和研究半导体器件和半导体材料电学特性必*的工具。 实验结果由软件自动计算得到，可同时得到体载流子浓度(Bulk Carrier Concentration)、表面载流子浓度(Sheet Carrier Concentration)、迁移率(Mobility)、电阻率(Resistivity)、霍尔系数(HallCoefficient)、磁致电阻(Magnetoresistance)等。 此处只列出系统的主要技术指标。 可测试材料: 半导体材料：SiGe, SiC, InAs, InGaAs, InP, AlGaAs, HgCdTe 和铁氧体材料等； 低阻抗材料：石墨烯、金属、透明氧化物、弱磁性半导体材料、TMR 材料等； 高阻抗材料：半绝缘的 GaAs, GaN, CdTe 等。 技术指标： * 磁 场：10mm 间距为 2T ,20mm 间距为 1.3T * 样品电流：0.05uA~50mA(调节 0.1nA) * 测量电压：0.1uV~30V ▲ 提供各类测试标准材料，各级别硅与砷化镓（灵敏度与精度不同） **小分辨率：0.1GS * 磁场范围：0-1T * 配合高斯计或数采板可计算机通讯 * I-V 曲线及 I-R 曲线测量等 * 霍尔系数、载流子浓度等参数的变化曲线 * 电阻率范围：5*10-5～5*102Ω.cm * 电阻范围：10 m Ohms~ 6MOhms * 载流子浓度：5*1012～51*1020cm-3 *霍尔系数：±1*10-2～±1*106cm3/C * 迁移率：0.1~108cm2/volt*sec *测试全自动化，一键处理

​对于金属导体而言，载流子浓度 n 可达 1X1023/cm 3 。载流子的带电量为 e ，如果在 1T 的磁场， 1A 的电流情形下，可以估算 0.5 cm 粗的导线产生的霍尔电势差约为 10-8V ，可见在金属导体中霍尔效应并不明显。 对于半导体而言，其内部载流子浓度较导体而言非常低，大约在 1010/cm 3 到 1016/cm 3 之间，在同等条件下产生的霍尔电势差可达 100V 的数量级，因此，霍尔效应主要表现在半导体元器件中。此外，与金属导体的载流子为单一的电子不同，不同类型半导体内部的载流子电性不一定为负。例如，对于空穴导电的半导体来说，霍尔系数为正；而对于电子导体的半导体霍尔系数为负 。