磁场测量讲座：第四讲 霍尔效应法.pdf

毫与仪表》,半导体会发生横向磁场电现象,即在垂直于磁场和电流的方向产生电动势,称这种现象为霍尔效应。霍尔效应法最简单,可以用经典的电磁理论来解释。通常,霍尔电势可以表示成【,H=粤佃o=只HI·帕o (4--1) 式中,——霍尔器件的厚度, H——霍尔常数, HI= 一霍尔器件常数, 卜一通过霍尔器件的电流, B.——被测磁场的磁感应强度。由式(4—1)看到,对于一定的霍尔器件,只要通过的电流堪定不变,便可以通过霍尔电势的测量而测定磁场B。。由于用霍尔效应法测量磁场时可连续地和钱性地读数,方法简便,使用寿命长,并能测量小空间和小间隙的磁场,还可以使用多探头易于实现测量自动化租jl隅处理,?因此,霉尔效应法已经成为磁场测量中的一种重要方法。翟尔效应磁强计的应用十分广泛,它不但能够测量恒定磁场,而且还可以测量交变磁场,它适用于测量各种形态的中强磁场。=、■尔效应法的皇要量谩羞霍效应法的主要缺点是,如果使用不当会引入较大的测量误差。这些测量误差的来源包括:, t2一的不稳定性误差,, ,5. 磁阻效应影响的误差,, ,等等。由于霍尔效应磁强计的定标可以采用由核磁共振法校准的磁场源,其测量准确度可优于1O,显示仪表可采用数字电压表,其测量准确度优于lO,还可以采用恒流电源供电, 其稳定度可以高达10,??因此,这些系统误差影噍可能降低很小。以下主要考虑其他影响测量的因素。 :‘一1] 月H=JD· ‘4—2) JD “) 式中,JD——霍尔器件的电阻率, 载流子的迁移率, 激励电压, d——霍尔器件的厚度, 口——霍尔器件宽度, f-一霍尔器件长度。维普资讯 把(4—2)式和(4—0)代入f4—1) 中可得: l/ B0) = 其中K称为传递系数,它表示由纵向所加电压引起横向霍尔电势的大小。由(4—1)式和(4—4)式看到,霍尔常数H并不是选择霍尔材料的唯一标志。例如,一般绝缘体的霍尔常数很大,由于它的载流子浓度和迁移率太小,并不能做霍尔器件。什么材料能否作霍尔器件,首先要求有足够大的迁移率,其次要求一定的激励电压 Uz,因此材料也必须有足够的电阻率,电阻率太大太小都不行。如金属的载流子迁移率不大,<1(mz/V。s),所以金属中电子速度很低,同时电阻率很小,也不适于作霍尔器件。对于迁移率大而电阻率p又要有一定值的条件,只有半导体。半导体的迁移率可达数百(m。/V·s),而电阻率也很大,可适于作霍尔器件。初期制成的铋霍尔器件,由于霍尔电势极弱,未能在工作中得到应用。直到本世纪40年代后期,由于半导体提纯工艺的改善,霍尔效应的研究得到迅速发展,于1959年制成了第一个商品霍尔器件。相继又发展了薄膜霍尔器件、集成霍尔器件、固溶体霍尔器件及高渗杂霍尔器件。目前已研制的霍尔器件已达数百种,表 4一I是国内外几种典型霍尔器件的参数。表4一I ,阻额摩电流f不等位电lveto麓l工作温区 IHl势Vol系蕺pIT (mA)J(mV)I(%℃+)l(℃