半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展日新月異，涉及到我們生活的方方面面，如智能手機(jī)、平板電腦、地鐵、汽車等等。隨著應(yīng)用的不斷深入，對(duì)于半導(dǎo)體材料表征的要求也越來越高，而霍爾效應(yīng)測(cè)試表征能直接測(cè)試出材料的電阻率、遷移率和載流子濃度及類型等，高精度的霍爾表征就變得尤為重要。

目前市面的霍爾測(cè)試主要分為直流霍爾測(cè)試、交流磁場(chǎng)霍爾測(cè)試、快速霍爾測(cè)試三種方法。

1、直流(DC)霍爾測(cè)試

一種比較通用的技術(shù)，對(duì)于霍爾測(cè)試而言，霍爾電壓的精準(zhǔn)測(cè)量至關(guān)重要。通常儀器測(cè)的電壓中包含霍爾電壓、偏置電壓、熱電壓等。普通的半導(dǎo)體材料的霍爾電壓很大，偏置電壓、熱電壓等誤差信號(hào)占比很小，所以分辨出霍爾電壓比較容易。傳統(tǒng)的儀表都采用這種測(cè)量方式。

2、交流磁場(chǎng)(AC)霍爾測(cè)試

對(duì)于低遷移率等材料，霍爾電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于誤差電壓，用傳統(tǒng)的直流磁場(chǎng)的方式測(cè)試很難測(cè)準(zhǔn)確，AC交流磁場(chǎng)測(cè)試方法可以利用鎖相放大器提取霍爾電壓并將信號(hào)放大，再通過高精度的電壓表將霍爾電壓進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量。這種方式可測(cè)得的材料的遷移率低至10-3cm2/v s。市面上采用AC交流磁場(chǎng)測(cè)試方法的儀器有Lake Shore的8400系列(加AC交流磁場(chǎng)選件)霍爾測(cè)試系統(tǒng)，系統(tǒng)測(cè)試功能強(qiáng)大，可以根據(jù)樣品需求選擇高溫、低溫、高阻、低阻、偏壓等選件。

3、快速霍爾測(cè)試技術(shù)(FastHall)

美國(guó)Lake Shore公司的新?！?，其最新產(chǎn)品是M91快速霍爾測(cè)試儀。FastHall不需要像上述兩種方法一樣通過翻轉(zhuǎn)磁場(chǎng)去除偏置電壓誤差。FastHall基于互易定理，利用旋轉(zhuǎn)電流的方式達(dá)到和反轉(zhuǎn)磁場(chǎng)一樣的效果，大大提高測(cè)試速度，而極快的測(cè)試速度可以有效避免溫度和偏置電壓的影響，使測(cè)試更精確。M91還具備直流測(cè)試功能，并能夠與您已有的永磁鐵、電磁鐵、超導(dǎo)磁體配合使用。例如和各個(gè)廠家的超導(dǎo)磁體，PPMS等設(shè)備進(jìn)行連用，在高磁場(chǎng)及低溫下進(jìn)行快速的霍爾測(cè)試。

在磁性傳感器中，利用霍爾效應(yīng)的傳感器稱為霍爾傳感器?；魻杺鞲衅靼◣讉€(gè)部分。首先，它包含一個(gè)霍爾元件，該霍爾元件輸出通過霍爾效應(yīng)產(chǎn)生的霍爾電壓(HV)。其次，它包含一個(gè)霍爾IC，該霍爾IC使霍爾輸出通過IC工藝變?yōu)楦?低數(shù)字輸出。第三，它包含一個(gè)線性霍爾IC，可放大并線性化霍爾輸出。

1.霍爾元件

特點(diǎn)

霍爾元件是一個(gè)簡(jiǎn)單的傳感器，其端子連接在半導(dǎo)體上，因此根據(jù)后續(xù)階段的電路設(shè)計(jì)，它可以用于數(shù)字和模擬目的。輸出電壓可達(dá)幾十到幾百毫伏。

應(yīng)用

霍爾元件用于智能電話和數(shù)碼相機(jī)的無刷直流電動(dòng)機(jī)和鏡頭致動(dòng)器中。

2.霍爾IC

特點(diǎn)

霍爾IC將霍爾元件的輸出與某個(gè)閾值進(jìn)行比較，然后將其輸出為高或低。由于輸出電壓范圍由電源調(diào)節(jié)，因此可以將微型計(jì)算機(jī)輕松地連接到后續(xù)級(jí)。有可以檢測(cè)磁場(chǎng)強(qiáng)度的開關(guān)類型和可以檢測(cè)磁場(chǎng)極性的鎖存類型。

應(yīng)用

開關(guān)型霍爾IC用于家用電子產(chǎn)品的開/關(guān)開關(guān)，鎖存型霍爾IC用于無刷電機(jī)或用于旋轉(zhuǎn)檢測(cè)。

3.線性霍爾IC

特點(diǎn)

線性霍爾IC將增益應(yīng)用于霍爾元件的輸出，從而產(chǎn)生線性輸出(* 2)。由于輸出電壓范圍由電源調(diào)節(jié)，因此MCU可以很容易地連接到下一級(jí)。

應(yīng)用

線性霍爾IC用于液位計(jì)，電流傳感器和角度檢測(cè)。

霍爾電流傳感器基于磁平衡式霍爾原理，根據(jù)霍爾效應(yīng)原理，從霍爾元件的控制電流端通入電流，并在霍爾元件平面的法線方向上施加磁感應(yīng)強(qiáng)度為b的磁場(chǎng)，那么在垂直于電流和磁場(chǎng)方向(即霍爾輸出端之間)，將產(chǎn)生一個(gè)電勢(shì)，稱其為霍爾電勢(shì)，其大小正比于控制電流與磁感應(yīng)強(qiáng)度的乘積。

1、霍爾電流傳感器的基本原理

霍爾器件是一種采用半導(dǎo)體材料制成的磁電轉(zhuǎn)換器件。如果在一個(gè)輸入端通入控制工作電流IC，當(dāng)有一磁場(chǎng)B穿過該器件感磁面，則在進(jìn)行輸出端出現(xiàn)通過霍爾電機(jī)電勢(shì)VH。

霍爾電勢(shì)VH的大小與控制電流IC和磁通密度B的乘積成正比，即：VH=KHICBsinΘ

霍爾電流傳感器是按照安培定律原理做成，即在載流導(dǎo)體周圍產(chǎn)生一種正比于該電流的磁場(chǎng)，而霍爾器件則用來測(cè)量這一磁場(chǎng)。因此,使電流非接觸測(cè)量成為可能。

2、 霍爾電流傳感器的檢測(cè)原理

由于磁路與霍爾器件的輸出具有良好的線性關(guān)系，霍爾器件輸出的電壓信號(hào)U0可以間接反映測(cè)量電流I1的大小，即：I1∝B1∝U0

I1∝B1∝U0我們把U0定標(biāo)為當(dāng)被測(cè)電流I1為額定值時(shí)霍爾輸出電壓,U0等于50mV或100mV。這使得霍爾直接檢測(cè)(無放大)電流傳感器。

3、霍爾電流通過傳感器的補(bǔ)償工作原理

將產(chǎn)生磁通Φ1,被副邊補(bǔ)償線圈通過電流I2所產(chǎn)生磁通Φ2進(jìn)行補(bǔ)償后保持磁平衡狀態(tài)(相互抵消),霍爾器件則始終處于檢測(cè)零磁通作用。因此稱之為霍爾磁補(bǔ)償電流傳感器。這種先進(jìn)原理模式優(yōu)于直檢原理模式,突出優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)時(shí)間快與測(cè)量精度高,特別適用于弱小電流檢測(cè)。

知道：Φ1=Φ2， I1N1=I2N2， I2=NI/N2·I1

當(dāng)補(bǔ)償電流I2流過測(cè)量電阻RM時(shí)，在RM兩端轉(zhuǎn)換成電壓。做為傳感器測(cè)量電壓U0即：U0=I2RM

根據(jù)霍爾磁補(bǔ)償原理，研制了一系列額定輸入電流傳感器。

磁補(bǔ)償電流傳感器由于要在磁環(huán)上纏繞數(shù)十圈的補(bǔ)償線圈，增加了成本，但具有直接檢測(cè)公式無法比擬的高精度和快速響應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)。