论霍尔效应的应用和发展

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1、南京理工大学紫金学院08级第四教育班电科<1>班080403130李超论霍尔效应的应用和发展摘要：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。导体中的电荷在电场作用下沿电流方向运动，由于存在垂直于电流方向的磁场，电荷受到洛伦兹力，产生偏转，偏转的方向垂直于电流方向和磁场方向，而且正电荷和负电荷偏转的方向相反，这样就产生了电势差。关键词：电流电场磁场电势差OntheHalleffectoftheapplicationanddevelopmentAbstract：Whenthecurrentth

2、roughanexternalmagneticfieldperpendiculartotheconductorsof,inconductorsofofperpendiculartothemagneticfieldandthecurrentdirectionoftwocontratebetweenelectricpotentialdifference,thisphenomenonistheHall-effect.TheelectricpotentialdifferenceisalsocalledtheHall-electricpotentialdifferenceOfchargeina

3、nelectricfieldalongthecurrentdirectionofmovement,becausethereareperpendiculartothedirectionofthemagneticfield,chargebeLorentzforcecreatedpianzhuan,pianzhuaninthedirectionperpendiculartothedirectionandthedirectionofmagneticfield,andthepositivechargesandnegativechargesinthedirectionofpianzhuanand

4、insteadthereelectricpotentialdifference.Keywords:electricity、electricfield、magneticfield1引言：置于磁场中的载流体，如果电流方向与磁场垂直，则在垂直于电流和磁场的方向会产生一附加的横向电场，这个现象是霍普金斯大学研究生霍尔于1879年发现的，后被称为霍尔效应。如今霍尔效应不但是测定半导体材料电学参数的主要手段，而且利用该效应制成的霍尔器件已广泛用于非电量的电测量、自动控制和信息处理等方面。在工业生产要求自动检测和控制的今天，作为敏感元件之一的霍尔器件，将有更广泛的应用前景。掌握这一富有实用性的实验

5、，对日后的工作将有益处。第5页南京理工大学紫金学院08级第四教育班电科<1>班080403130李超（1）霍尔效应简介：尔效应从本质上讲，是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力的作用而引起的偏转。当带电粒子被约束在固体材料中，这种偏转就导致在垂直电流和磁场的方向上产生正负电荷在不同侧的聚积，从而形成附加的横向电场。如下图1所示，磁场B位于Z的正向，与之垂直的半导体薄片上沿X正向通以电流Is（称为工作电流），假设载流子为电子（N型半导体材料），它沿着与电流Is相反的X负向运动。由于洛仑兹力fL作用，电子即向图中虚线箭头所指的位于y轴负方向的B侧偏转，并使B侧形成电子积累，而相对的A侧形成正

6、电荷积累。与此同时运动的电子还受到由于两种积累的异种电荷形成的反向电场力fE的作用。随着电荷积累的增加，fE增大，当两力大小相等（方向相反）时，fL=－fE，则电子积累便达到动态平衡。这时在A、B两端面之间建立的电场称为霍尔电场EH，相应的电势差称为霍尔电势VH。设电子按平均速度，向图示的X负方向运动，在磁场B作用下，所受洛仑兹力为：fL=－eB式中：e为电子电量，为电子漂移平均速度，B为磁感应强度。同时，电场作用于电子的力为： fEl     图1 霍尔效应原理（2）霍尔效应的发展：自从霍尔效应被发现100多年以来，它的应用经历了三个阶段：第5页南京理工大学紫金学院08级第四教育班

7、电科<1>班080403130李超第一阶段是从霍尔效应的发现到20世纪40年代前期。最初，由于金属材料中的电子浓度很大，而霍尔效应十分微弱，所以没有引起人们的重视。这段时期也有人利用霍尔效应制成磁场传感器，但实用价值不大，到了l910年有人用金属铋制成霍尔元件，作为磁场传感器。但是，由于当时未找到更合适的材料，研究处于停顿状态。第二阶段是从20世纪40年代中期半导体技术出现之后，随着半导体材料、制造工艺和技术的应用，出现了各种半导体霍尔元件，特别是锗的采用