早在1879年人們就在金屬中發現了霍爾效應,1910年就有人用鉍制成了霍爾元件,用以測量磁場。但由于這種效應在金屬中十分微弱,當時并沒有引起什么重視。1948年后,由于半導體技術的迅速發展,人們找到了霍爾效應較為顯著的半導體材料——鍺(Ge),接著,在1958年前后,人們又對化合物半導體——銻化銦(InSb)、砷化銦(InAs)進行了大量的研究,并制成了較為滿意的元件。這時霍爾效應以及它所具有的廣泛的應用才受到了人們普遍的重視。
簡介
霍爾元件是一種基于霍爾效應的磁傳感器。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。霍爾元件具有許多優點,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。
材料
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。
其中N型鍺容易加工,其霍爾常數、溫度性能、輸出線性都較好,應用非常普遍銻化銦元件由于在高溫時霍爾常數大,所以輸出較大,但對溫度最敏感,尤其在低溫范圍內溫度系數大;砷化銦的霍爾常數較小,溫度系數也較小,輸出線性好;砷化鎵的溫度特性和輸出線性好,是較理想的材料,但價格較貴。不同材料適用于不同場合,銻化銦適用于作為敏感元件,鍺和砷化銦霍爾元件適用于測量指示儀表。
霍爾元件結構
霍爾元件的外形如下圖所示,它是由霍爾片、4根引線和殼體組成。霍爾片是一塊矩形半導體單晶薄片(一般為4mm×2mm×0.1mm),在它的長度方向兩端面上焊有a、b兩根引線,稱為控制電流端引線,通常用紅色導線。其焊接處稱為控制電流極(或稱激勵電流),要求焊接處接觸電阻很小,并呈純電阻,即歐姆接觸(無PN結特性)。在薄片的另兩側端面的中間以點的形式對稱地焊有c、d兩根霍爾輸出引線,通常用綠色導線。其焊接處稱為霍爾電極,要求歐姆接觸,且電極寬度與基片長度之比小于0.1,否則影響輸出。霍爾元件的殼體上用非導磁金屬、陶瓷或環氧樹脂封裝。圖(b)為霍爾元件結構示意圖,圖(c)是霍爾元件符號。
霍爾元件
目前,的霍爾元件材料是鍺(Ge)、硅(Si)、銻化銦(InSb)、砷化銦(lnAs)和不同比例銦和磷酸銦組成的ln型固熔體等半導體材料。值得一提的是,20世紀80年代末出現了一種新型霍爾元件——超晶格結構(砷化鋁/砷化鎵)的霍爾器件,它可以用來測10-T的微磁場。可以說,超晶格霍爾元件是霍爾元件的一個質的飛躍。
工作原理
霍爾元件應用霍爾效應的半導體。
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