一文带你霍尔元件从入门到精通

早在1879年人们就在金属中发现了霍尔效应，1910年就有人用铋制成了霍尔元件，用以测量磁场。但由于这种效应在金属中十分微弱，当时并没有引起什么重视。1948年后，由于半导体技术的迅速发展，人们找到了霍尔效应较为显著的半导体材料——锗（Ge），接着，在1958年前后，人们又对化合物半导体——锑化铟（InSb）、砷化铟（InAs）进行了大量的研究，并制成了较为满意的元件。这时霍尔效应以及它所具有的广泛的应用才受到了人们普遍的重视。

霍尔元件是一种基于霍尔效应的磁传感器。用它们可以检测磁场及其变化，可在各种与磁场有关的场合中使用。霍尔元件具有许多优点，它们的结构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高（可达1MHZ），耐震动，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀。

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。

其中N型锗容易加工，其霍尔常数、温度性能、输出线性都较好，应用非常普遍锑化铟元件由于在高温时霍尔常数大，所以输出较大，但对温度最敏感，尤其在低温范围内温度系数大；砷化铟的霍尔常数较小，温度系数也较小，输出线性好；砷化镓的温度特性和输出线性好，是较理想的材料，但价格较贵。不同材料适用于不同场合，锑化铟适用于作为敏感元件，锗和砷化铟霍尔元件适用于测量指示仪表。

霍尔元件的外形如下图所示，它是由霍尔片、4根引线和壳体组成。霍尔片是一块矩形半导体单晶薄片（一般为4mm×2mm×0.1mm），在它的长度方向两端面上焊有a、b两根引线，称为控制电流端引线，通常用红色导线。其焊接处称为控制电流极（或称激励电流），要求焊接处接触电阻很小，并呈纯电阻，即欧姆接触（无PN结特性）。在薄片的另两侧端面的中间以点的形式对称地焊有c、d两根霍尔输出引线，通常用绿色导线。其焊接处称为霍尔电极，要求欧姆接触，且电极宽度与基片长度之比小于0.1，否则影响输出。霍尔元件的壳体上用非导磁金属、陶瓷或环氧树脂封装。图（b）为霍尔元件结构示意图，图（c）是霍尔元件符号。

目前，的霍尔元件材料是锗（Ge）、硅（Si）、锑化铟（InSb）、砷化铟（lnAs）和不同比例铟和磷酸铟组成的ln型固熔体等半导体材料。值得一提的是，20世纪80年代末出现了一种新型霍尔元件——超晶格结构（砷化铝/砷化镓）的霍尔器件，它可以用来测10-T的微磁场。可以说，超晶格霍尔元件是霍尔元件的一个质的飞跃。

霍尔元件应用霍尔效应的半导体。