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霍爾效應(yīng)

2016/9/19 14:29:09

霍爾效應(yīng)在1879年被E.H. 霍爾發(fā)現(xiàn)，它定義了磁場和感應(yīng)電壓之間的關(guān)系，這種效應(yīng)和傳統(tǒng)的感應(yīng)效果完全不同。當(dāng)電流通過一個(gè)位于磁場中的導(dǎo)體的時(shí)候，磁場會(huì)對導(dǎo)體中的電子產(chǎn)生一個(gè)垂直于電子運(yùn)動(dòng)方向上的作用力，從而在導(dǎo)體的兩端產(chǎn)生電壓差。雖然這個(gè)效應(yīng)多年前就已經(jīng)被大家知道并理解，但基于霍爾效應(yīng)的傳感器在材料工藝獲得重大進(jìn)展前并不實(shí)用，直到出現(xiàn)了高強(qiáng)度的恒定磁體和工作于小電壓輸出的信號(hào)調(diào)節(jié)電路。根據(jù)設(shè)計(jì)和配置的不同，霍爾效應(yīng)傳感器可以作為開/關(guān)傳感器或者線性傳感器。

解釋

在導(dǎo)體上外加與電流方向垂直的磁場，會(huì)使得導(dǎo)體中的電子與電洞受到不同方向的洛倫茲力而往不同方向上聚集，在聚集起來的電子與電洞之間會(huì)產(chǎn)生電場，此一電場將會(huì)使后來的電子電洞受到電力作用而平衡掉磁場造成的洛倫茲力，使得后來的電子電洞能順利通過
不會(huì)偏移，此稱為霍爾效應(yīng)。而產(chǎn)生的內(nèi)建電壓稱為霍爾電壓。

方便起見，假設(shè)導(dǎo)體為一個(gè)長方體，長度分別為a,b,d，磁場垂直ab平面。電流經(jīng)過ad，電流I = nqv(ad)，n為電荷密度。設(shè)霍爾電壓為VH，導(dǎo)體沿霍爾電壓方向的電場為VH / a。設(shè)磁場強(qiáng)度為B。

洛倫茲力

f=qE+qvB/c(Gauss 單位制)

電荷在橫向受力為零時(shí)不在發(fā)生橫向偏轉(zhuǎn)，結(jié)果電流在磁場作用下在器件的兩個(gè)側(cè)面出現(xiàn)了穩(wěn)定的異號(hào)電荷堆積從而形成橫向霍爾電場

E= - vB/c

由實(shí)驗(yàn)可測出 E= UH/W 定義霍爾電阻為

RH= UH/I =EW/jW= E/j

j = q n v

RH=-vB/c /(qn v)=- B/(qnc)

UH=RH I= -B I /(q n c)

本質(zhì)

固體材料中的載流子在外加磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)，因?yàn)槭艿铰鍋銎澚Φ淖饔枚管壽E發(fā)生偏移，并在材料兩側(cè)產(chǎn)生電荷積累，形成垂直于電流方向的電場，最終使載流子受到的洛侖茲力與電場斥力相平衡，從而在兩側(cè)建立起一個(gè)穩(wěn)定的電勢差即霍爾電壓。正交電場和電流強(qiáng)度與磁場強(qiáng)度的乘積之比就是霍爾系數(shù)。平行電場和電流強(qiáng)度之比就是電阻率。大量的研究揭示：參加材料導(dǎo)電過程的不僅有帶負(fù)電的電子，還有帶正電的空穴。

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