对霍尔效应及霍尔元件及其应用的研究.docVIP

对霍尔效应及其应用的研究 班级：南医1班 学号：0904080113 姓名：王沁雪 摘要：金属的霍尔效应是1879年被美国物理学家霍尔发现的。　所谓霍尔效应，是指磁场作用于载流金属导体、半导体中的载流子时，产生横向电位差的物理现象。霍尔效应是磁电效应的一种，这一现象是美国物理学家霍尔（A.H.Hall，1855—1938）于1879年在研究金属的导电机构时发现的。当电流垂直于外磁场通过导体时，在导体的垂直于磁场和电流方向的两个端面之间会出现电势差，这一现象便是霍尔效应。这个电势差也被叫做霍尔电势差。evB=eEH 这时横向电场EH达到稳定，导体左右两侧出现稳定的霍尔电势差，设导体板左侧电势为V1，右侧电势为V2 ，则有 VH= V1- V2=-EHb=-Bbv=-IB/ned=RHIB/d 式中 RH=-I/ne 称为霍尔系数。如果载流子是正电荷q，在电流和磁场方向相同的情况下，正电荷在左侧，负电荷在右侧累积，霍尔系数为 RH=I/nq 二、霍尔效应的发展 在霍尔效应发现约100年后，德国物理学家克利青(Klaus von Klitzing, 1943-)等在研究极低温度和强磁场中的时发现了（运动电荷受到了磁场的作用力，从而运动方向发生偏转，这个力通常叫做为荷兰物理学家H.A.洛伦兹首先提出，故得名。），这是当代凝聚态物理学令人惊异的进展之一，克利青为此获得了1985年的诺贝尔物理学奖。 　　之后，美籍华裔物理学家崔琦(Daniel Chee Tsui,1939- )和美国物理学家劳克林(Robert B.Laughlin，1950-)、施特默(Horst L.St rmer，1949-)在更强磁场下研究量子霍尔效应时发现了分数量子霍尔效应，这个发现使人们对量子现象的认识更进一步，他们为此获得了1998年的诺贝尔物理学奖。 最近，复旦校友、斯坦福教授张首晟与母校合作开展了“量子自旋霍尔效应”的研究。“量子自旋霍尔效应”最先由张首晟教授预言，之后被实验证实。这一成果是美国《科学》杂志评出的2007年十大科学进展之一。如果这一效应在室温下工作，它可能导致新的低功率的“自旋电子学”计算设备的产生。 图2（a）InSb霍尔元件的输出特性 图2（b）GaAs霍尔元件的输出特性 霍尔电路 霍尔线性电路 它由霍尔元件、差分放大器和射极跟随器组成。其输出电压和加在霍尔元件上的磁感强度B成比例。这类电路有很高的灵敏度和优良的线性度，适用于各种磁场检测。 霍尔线性电路的功能框图 霍尔开关电路霍尔开关电路又称霍尔数字电路，由稳压器、霍尔片、差分放大器，斯密特触发器和输出级组成。在外磁场的作用下，当磁感应强度超过导通阈值BOP时，霍尔电路输出管导通，输出低电平。之后，B再增加，仍保持导通态。若外加磁场的B值降低到BRP时，输出管截止，输出高电平。我们称BOP为工作点，BRP为释放点，BOP－BRP=BH称为回差。回差的存在使开关电路的抗干扰能力增强。 霍尔开关电路的功能框图差动霍尔电路(双霍尔电路)它的霍尔电压发生器由一对相距2.5mm的霍尔元件组成使用时在电路背面放置一块永久磁体，当用铁磁材料制成的齿轮从电路附近转过时，一对霍尔片上产生的霍尔电压相位相反，经差分放大后，使器件灵敏度大为提高。用这种电路制成的汽车齿轮传感器具有极优的性能。 差动霍尔电路的工作原理图其它霍尔电路除上述各种霍尔器件外，目前还出现了许多特殊功能的霍尔电路，如功率霍尔电路，多重双线霍尔传感器电路，二维、三维霍尔集成电路