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霍尔元件发展的三大历程和四大应用领域

文章出处:霍尔开关原创 人气:发表时间:2020-07-02 10:06
尽管霍尔效应在1879年就被发现了,但直到20世纪50年代才被应用。然而,设备成本非常高。1965年,人们开始将霍尔传感器集成到硅芯片中,从而促进了霍尔元件的应用。
经历三个发展阶段
霍尔元件的发展大致可以分为三个阶段:
第一阶段是从霍尔效应的发现到20世纪40年代初。起初,由于金属材料中的电子浓度很大,霍尔效应很弱,没有引起人们的注意。1910年,铋制成的霍尔元件被用作磁场传感器。然而,由于当时没有发现更多合适的材料,研究处于停滞状态。
第二阶段是从20世纪40年代中期到半导体技术出现。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,特别是锗的采用促进了霍尔元件的发展,由分立的霍尔元件制成的各种磁场传感器相继出现。
第三阶段始于20世纪60年代。随着集成电路技术的发展,集成了霍尔半导体元件和相关信号调理电路的霍尔传感器应运而生。20世纪80年代以后,随着大规模超大规模集成电路和微机电系统技术的发展,霍尔元件从平面发展到三维,出现了三端口或四端口固态霍尔传感器,实现了产品的系列化、批量加工和体积的小型化,得到了广泛应用。
 
应用于四个主要领域
一是测量载流子浓度。
根据外加磁场中测量的霍尔电压和霍尔电压公式,可以判断导电载流子的极性和浓度。这种方法广泛用于测量半导体中掺杂载流子的性质和浓度。
第二是测量磁场强度。
只要测量了霍尔电压,就可以计算出磁场。如果载体类型已知,磁场方向可以从正负电压测量。相反,如果磁场方向已知,则可以判断载体类型。
第三是测量电流强度。
将霍尔器件的输出(如有必要,放大)发送至校准显示器,测量的电流值可直接从输出电压获得。该方法具有结构简单、测量精度高、线性度好等优点,可以测量DC电流、交流电流和各种波形。然而,它的测量范围和带宽是有限的。当然,也可以采取一些改进措施,如选择高饱和磁感应强度的磁芯材料,制作多层磁芯,使用多个霍尔元件进行检测等。这种霍尔电流传感器因其相对低廉的价格和方便的使用而得到了广泛的应用。
第四是测量微小位移。
如果霍尔元件的工作电流保持不变,并在均匀梯度磁场中运动,则其输出霍尔电压值仅由其在磁场中的位移决定。用霍尔元件测量位移具有惯性小、频响快、质量可靠、寿命长等优点。基于微位移检测,可以构建压力、应力、应变、机械振动、加速度和重量等霍尔传感器。