1 引言

　　霍爾器件是一種磁傳感器。用它們可以檢測磁場及其變化，可在各種與磁場有關的場合中使用�；魻柶骷曰魻栃獮槠涔ぷ骰A。

　　霍爾器件具有許多優(yōu)點，它們的結構牢固，體積小，重量輕，壽命長，安裝方便，功耗小，頻率高（可達1mhz），耐震動，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；霍爾開關器件無觸點、無磨損、輸出波形清晰、無抖動、無回跳、位置重復精度高（可達μm級）。取用了各種補償和保護措施的霍爾器件的工作溫度范圍寬，可達－55℃～150℃。

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器件。前者輸出模擬量，后者輸出數(shù)字量。

按被檢測的對象的性質可將它們的應用分為:直接應用和間接應用。前者是直接檢測出受檢測對象本身的磁場或磁特性，后者是檢測受檢對象上人為設置的磁場，用這個磁場來作被檢測的信息的載體，通過它，將許多非電、非磁的物理量例如力、力矩、壓力、應力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、轉數(shù)、轉速以及工作狀態(tài)發(fā)生變化的時間等，轉變成電量來進行檢測和控制。

2 霍爾效應和霍爾器件

2.1 霍爾效應

　　如圖1所示，在一塊通電的半導體薄片上，加上和片子表面垂直的磁場b，在薄片的橫向兩側會出現(xiàn)一個電壓，如圖1中的vh，這種現(xiàn)象就是霍爾效應，是由科學家愛德文·霍爾在1879年發(fā)現(xiàn)的。vh稱為霍爾電壓。

（a）霍爾效應和霍爾元件

　　這種現(xiàn)象的產生，是因為通電半導體片中的載流子在磁場產生的洛侖茲力的作用下，分別向片子橫向兩側偏轉和積聚，因而形成一個電場，稱作霍爾電場�；魻栯妶霎a生的電場力和洛侖茲力相反，它阻礙載流子繼續(xù)堆積，直到霍爾電場力和洛侖茲力相等。這時，片子兩側建立起一個穩(wěn)定的電壓，這就是霍爾電壓。

在片子上作四個電極，其中c1、c2間通以工作電流i，c1、c2稱為電流電極，c3、c4間取出霍爾電壓vh，c3、c4稱為敏感電極。將各個電極焊上引線，并將片子用塑料封裝起來，就形成了一個完整的霍爾元件（又稱霍爾片）。

　　在上述式中vh是霍爾電壓，ρ是用來制作霍爾元件的材料的電阻率，μn是材料的電子遷移率，rh是霍爾系數(shù)，l、w、t分別是霍爾元件的長、寬和厚度，f(i/w)是幾何修正因子，是由元件的幾何形狀和尺寸決定的，i是工作電流，v是兩電流電極間的電壓，p是元件耗散的功率。由(1)～(3)式可見，在霍爾元件中，ρ、rh、μn決定于元件所用的材料，i、w、t和f(i/w)決定于元件的設計和工藝，霍爾元件一旦制成，這些參數(shù)均為常數(shù)。因此，式(1)～(3)就代表了霍爾元件的三種工作方式所得的結果。(1)式表示電流驅動，(2)式表示電壓驅動，(3)式可用來評估霍爾片能承受的最大功率。

　　為了精確地測量磁場,常用恒流源供電,令工作電流恒定,因而,被測磁場的磁感應強度b可用霍爾電壓來量度。

　　在一些精密的測量儀表中，還采用恒溫箱，將霍爾元件置于其中，令rh保持恒定。

　　若使用環(huán)境的溫度變化，常采用恒壓驅動，因和rh比較起來，μn隨溫度的變化比較平緩，因而vh受溫度變化的影響較小。

　　為獲得盡可能高的輸出霍爾電壓vh，可加大工作電流，同時元件的功耗也將增加。(3)式表達了vh能達到的極限——元件能承受的最大功耗。

2.2 霍爾器件

　　霍爾器件分為:霍爾元件和霍爾集成電路兩大類，前者是一個簡單的霍爾片，使用時常常需要將獲得的霍爾電壓進行放大。后者將霍爾片和它的信號處理電路集成在同一個芯片上。

2.2.1 霍爾元件

　　霍爾元件可用多種半導體材料制作，如ge、si、insb、gaas、inas、inasp以及多層半導體異質結構量子阱材料等等。

insb和gaas霍爾元件輸出特性見圖1(a)、圖1(b).