霍尔效应和霍尔元件
2.1 霍尔效应
如图1所示，在一块通电的半导体薄片上，加上和电影表面垂直的磁场B，在薄片的横向两侧会泛起一个电压，如图1中的VH，这种现象就是霍尔效应，是由科学家爱德文·霍尔在1879年发现的。VH称为霍尔电压。
（a）霍尔效应和霍尔元件
这种现象的产生，是由于通电半导体片中的载流子在磁场产生的洛仑兹力的作用下，分别向电影横向两侧偏转和蕴蓄，因而形成一个电场，称作霍尔电场。霍尔电场产生的电场力和洛仑兹力相反，它阻碍载流子继承堆积，直到霍尔电场力和洛仑兹力相等。这时，电影两侧建立起一个不乱的电压，这就是霍尔电压。
在电影上作四个电极，其中C1、C2间通以工作电流I，C1、C2称为电流电极，C3、C4间掏出霍尔电压VH，C3、C4称为敏感电极。将各个电极焊上引线，并将电影用塑料封装起来，就形成了一个完整的霍尔元件（又称霍尔片）。 (1) 或(2) 或(3)
在上述（1）、（2）、（3）式中VH是霍尔电压，ρ是用来制作霍尔元件的材料的电阻率，μn是材料的电子迁移率，RH是霍尔系数，l、W、t分别是霍尔元件的长、宽和厚度，f(I/W)是几何修正因子，是由元件的几何外形和尺寸决定的，I是工作电流，V是两电流电极间的电压，P是元件耗散的功率。由(1)～(3)式可见，在霍尔元件中，ρ、RH、μn决定于元件所用的材料，I、W、t和f(I/W)决定于元件的设计和工艺，霍尔元件一旦制成，这些参数均为常数。因此，式(1)～(3)就代表了霍尔元件的三种工作方式所得的结果。(1)式表示电流驱动，(2)式表示电压驱动，(3)式可用来评估霍尔片能承受的最大功率。
为了精确地丈量磁场,常用恒流源供电,令工作电流恒定,因而,被测磁场的磁感应强度B可用霍尔电压来量度。
在一些精密的丈量仪表中，还采用恒温箱，将霍尔元件置于其中，令RH保持恒定。
若使用环境的温度变化，常采用恒压驱动，因和RH比较起来，μn随温度的变化比较平缓，因而VH受温度变化的影响较小。
为获得尽可能高的输出霍尔电压VH，可加大工作电流，同时元件的功耗也将增加。(3)式表达了VH能达到的极限--元件能承受的最大功耗。
2.2 霍尔器件
霍尔器件分为: 霍尔元件 和 霍尔集成电路 两大类，前者是一个简朴的霍尔片，使用时经常需要将获得的霍尔电压进行放大。后者将霍尔片和它的信号处理电路集成在统一个芯片上。
2.2.1 霍尔元件
霍尔元件可用多种半导体材料制作，如Ge、Si、InSb、GaAs、InAs、InAsP以及多层半导体异质结构量子阱材料等等。
InSb和GaAs霍尔元件输出特性见图1(a)、图1(b).
（a）霍尔效应和霍尔元件
（b）InSb霍尔元件的输出特性
(c)GaAs霍尔元件的输出特性
图1 霍尔元件的结构和输出特性
这些霍尔元件大量用于直流无刷电机和测磁仪表。
参考：霍尔电流传感器
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