霍爾效應(yīng)的五個應(yīng)用.doc

應(yīng)用1、測量載流子濃度根據(jù)霍爾電壓產(chǎn)生的公式，以及在外加磁場中測量的霍爾電壓可以判斷傳導(dǎo)載流子的極性與濃度，這種方式被廣泛的利用于半導(dǎo)體中摻雜載體的性質(zhì)與濃度的測量上?；魻栯妶鰪?qiáng)度EH的大小與流經(jīng)樣品的電流密度Jx和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bz的乘積成正比下面以p型半導(dǎo)體樣品為例，半導(dǎo)體樣品的長、寬、厚分別為L、a、b，半導(dǎo)體載流子（空穴）的濃度為p，它們在電場Ex作用下，以平均漂移速度vx沿x方向運(yùn)動，形成電流Ix。在垂直于電場Ex方向上加一磁場Bz，則運(yùn)動著的載流子要受到洛侖茲力的作用載流子向-y方向偏轉(zhuǎn)，這樣在樣品的左側(cè)面就積累了空穴，從而產(chǎn)生了一個指向+y方向的電場霍爾電場Ey。當(dāng)該電場對空穴的作用力qEy與洛侖茲力相平衡時，空穴在y方向上所受的合力為零，達(dá)到穩(wěn)態(tài)。穩(wěn)態(tài)時電流仍沿x方向不變，但合成電場EExEy不再沿x方向，E與x軸的夾角稱“霍爾角”。若Ey是均勻的，則在樣品左、右兩側(cè)面間的電位差由理論算得，在弱磁場條件下，對球形等能面的非簡并半導(dǎo)體，對于高載流子濃度的簡并半導(dǎo)體以及強(qiáng)磁場條件，A1；對于晶格和電離雜質(zhì)混合散射情況，上面討論的是只有電子或只有空穴導(dǎo)電的情況。對于電子、空穴混合導(dǎo)電的情況，在計算RH時應(yīng)同時考慮兩種載流子在磁場下偏轉(zhuǎn)的效果。對于球形等能面的半導(dǎo)體材料，可以證明。從霍爾系數(shù)的表達(dá)式可以看出：由RH的符號（也即UH的符號）可以判斷載流子的類型，正為p型，負(fù)為n型，則霍爾電場方向為y軸方向。當(dāng)霍爾電場方向的指向與y正向相同時，則RH為正。）；RH的大小可確定載流子的濃度2、霍爾效應(yīng)還能夠測量磁場在工業(yè)、國防和科學(xué)研究中，例如在粒子回旋器、受控?zé)岷朔磻?yīng)、同位素分離、地球資源探測、地震預(yù)報和磁性材料研究等方面，經(jīng)常要對磁場進(jìn)行測量，測量磁場的方法主要有核磁共振法、霍爾效應(yīng)法和感應(yīng)法等?；魻栃?yīng)是磁電效應(yīng)的一種,當(dāng)電流垂直于外磁場通過導(dǎo)體時,在導(dǎo)體的垂直于磁場和電流方向的兩個端面之間會出現(xiàn)電勢差,這個電勢差就被叫做霍爾電勢差.導(dǎo) 體中的載流子在外加磁場中運(yùn)動時,因為受到洛侖茲力的作用而使軌跡發(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.因此,對于一個已知霍爾系數(shù)的導(dǎo)體,通過一個已知方向、大小的電流,同時測出該導(dǎo)體兩側(cè)的霍爾電勢差的方向與大小,就可以得出該導(dǎo)體所處磁場的方向和大小.3、磁流體發(fā)電從20世紀(jì)50年代末開始進(jìn)行研究的磁流體發(fā)電技術(shù)，可能是今后取代火力發(fā)電的一個方向。導(dǎo)體的等離子體通過磁場運(yùn)動等同于導(dǎo)體切割磁力線磁流體發(fā)電裝置是用高溫高速的導(dǎo)電流體替代了普通發(fā)電機(jī)的電樞紐和轉(zhuǎn)動部件，但工作過程和能量轉(zhuǎn)換卻不盡相同。其發(fā)電機(jī)的基本原理是“霍爾效應(yīng)”和“磁流體電動力學(xué)”。高溫導(dǎo)體流體以高速形式進(jìn)入發(fā)電通道，通道上下兩面有磁極，在洛倫茲力的作用下，通道兩側(cè)的電極上產(chǎn)生電勢差。是等離子體的供應(yīng)不斷，從而在電極上連續(xù)輸出電能。等離子體氣體在高溫下電離，高速通過磁場時，同樣在洛倫茲力的作用下，正負(fù)離子會向左右兩面的電極偏轉(zhuǎn)，進(jìn)而在兩極間產(chǎn)生電勢差，向外界提供可利用的電動勢4、電磁無損探傷霍爾效應(yīng)無損探傷方法安全、可靠、實(shí)用，并能實(shí)現(xiàn)無速度影響檢測，因此，被應(yīng)用在設(shè)備故障診斷、材料缺陷檢測之中。首先我們先將一塊永磁體放在一個小管道上，使其金屬管道被完全磁化。使磁感線在管道內(nèi)部均勻分布，如果管道內(nèi)部沒有損傷，則金屬管道沒有破損，即沒有漏磁；如果管道內(nèi)部存在損傷，則金屬管道損壞，有漏磁。其次我們先將檢測電路按照需要連接好，如圖4所示，將連接好的電路通過霍爾元件探頭把它放到被檢測的金屬管道表面，然后通過示波器觀察是否有波形輸出來判斷管道中是否存在損傷。我們通過示波器觀察到示波器上有不規(guī)則波形輸出，由此我們得出了我們選用的管道存在損傷。5. 汽車點(diǎn)火系統(tǒng)汽車點(diǎn)火系統(tǒng)，設(shè)計者將霍爾傳感器放在分電器內(nèi)取代機(jī)械斷電器，用作點(diǎn)火脈沖發(fā)生器。這種霍爾式點(diǎn)火脈沖發(fā)生器隨著轉(zhuǎn)速變化的磁場在帶電的半導(dǎo)體層內(nèi)產(chǎn)生脈沖電壓，控制電控單元（ECU）的初級電流。相對于機(jī)械斷電器而言，霍爾式點(diǎn)火脈沖發(fā)生器無磨損免維護(hù)，能夠適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境，還能精確地控制點(diǎn)火正時，能夠較大幅度提高發(fā)動機(jī)的性能，具有明顯的優(yōu)勢。 用作汽車開關(guān)電路上的功率霍爾電路，具有抑制電磁干擾的作用。許多人都知道，轎車的自動化程度越高，微電子電路越多，就越怕電磁干擾。而在汽車上有許多燈具和電器件，尤其是功率較大的前照燈、空調(diào)電機(jī)和雨刮器電機(jī)在開關(guān)時會產(chǎn)生浪涌電流，使機(jī)械式開關(guān)觸點(diǎn)產(chǎn)生電弧，產(chǎn)生較大的電磁干擾信號。采用功率霍爾開關(guān)電路可以減小這些現(xiàn)象。 霍爾器件通過檢測磁場變化，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘栞敵?，可用于監(jiān)視和測量汽車各部件運(yùn)行參數(shù)的變化。例如位置、位移、角度、角速度、轉(zhuǎn)速等等，并可將這些變量進(jìn)行二次變換；可測量壓