半導體敏磁傳感器

1、 傳感器原理與應用傳感器原理與應用第七章第七章 傳感器原理與應用傳感器原理與應用第七章第七章 傳感器原理與應用傳感器原理與應用第七章第七章7.1 7.1 霍爾傳感器霍爾傳感器 霍爾效應是磁電效應的一種，這一現(xiàn)象霍爾效應是磁電效應的一種，這一現(xiàn)象是美國物理學家霍爾（是美國物理學家霍爾（A.H.Hall，18551938）于）于1879年在研究金屬的導年在研究金屬的導電機構(gòu)時發(fā)現(xiàn)的。當電機構(gòu)時發(fā)現(xiàn)的。當電流電流垂直于外磁場垂直于外磁場通過導體時，在導體的垂直于磁場和電通過導體時，在導體的垂直于磁場和電流方向的兩個端面之間會出現(xiàn)流方向的兩個端面之間會出現(xiàn)電勢差電勢差，這一現(xiàn)象便是霍爾效應。這個電勢差

2、也這一現(xiàn)象便是霍爾效應。這個電勢差也被叫做霍爾電勢差。被叫做霍爾電勢差。 傳感器原理與應用傳感器原理與應用第七章第七章有一如圖所示的半導體有一如圖所示的半導體薄片，若在它的兩端通薄片，若在它的兩端通以控制電流以控制電流I，在薄片的，在薄片的垂直方向上施加磁感應垂直方向上施加磁感應強度為強度為B的磁場，則在薄的磁場，則在薄片的片的另兩側(cè)面會產(chǎn)生與另兩側(cè)面會產(chǎn)生與I和和B的乘積成比例的電動的乘積成比例的電動勢勢UH（霍爾電勢或稱霍（霍爾電勢或稱霍爾電壓）。爾電壓）。這種現(xiàn)象就這種現(xiàn)象就稱為稱為霍爾效應。霍爾效應?；魻栯姌O霍爾電極 傳感器原理與應用傳感器原理與應用第七章第七章UHbldIFLFEvB

3、是半導體中的自由電荷在磁場中受到洛倫茲力作用而產(chǎn)生的。是半導體中的自由電荷在磁場中受到洛倫茲力作用而產(chǎn)生的。 傳感器原理與應用傳感器原理與應用第七章第七章 傳感器原理與應用傳感器原理與應用第七章第七章dIBRUHH 傳感器原理與應用傳感器原理與應用第七章第七章dRKHH IBKUHH nqdKH1 傳感器原理與應用傳感器原理與應用第七章第七章IEv lUv IEbBlUvbBUH lBUbRbdlUdBRRUdBRdIBRUHHHHH 傳感器原理與應用傳感器原理與應用第七章第七章 HR 12)-(7 HRpedIBUH 傳感器原理與應用傳感器原理與應用第七章第七章 HRdRKHH bBlUvb

4、BUH IBKUHH 材料的材料的、大，大，RH就大。金屬的就大。金屬的雖然很大，但雖然很大，但很很小，故不宜做成元件。在半導體材料中，由于電子的小，故不宜做成元件。在半導體材料中，由于電子的遷移率比空穴的大，且遷移率比空穴的大，且np，所以霍爾元件一般采，所以霍爾元件一般采用用N型半導體材料。型半導體材料。 傳感器原理與應用傳感器原理與應用第七章第七章 傳感器原理與應用傳感器原理與應用第七章第七章 傳感器原理與應用傳感器原理與應用第七章第七章W1W2UHUHWUHRLE 傳感器原理與應用傳感器原理與應用第七章第七章 傳感器原理與應用傳感器原理與應用第七章第七章tUUUHoHoHt/ )（)1

5、 (tUUHoHt 傳感器原理與應用傳感器原理與應用第七章第七章tRRRioioit/ ) （ )1(tRRioit )1(tRROoOt dRKHH/ 傳感器原理與應用傳感器原理與應用第七章第七章 不等位電壓是不等位電壓是由于元件輸出極焊接不對稱、厚薄不由于元件輸出極焊接不對稱、厚薄不均勻以及兩個輸出極接觸不良等原因造成的，均勻以及兩個輸出極接觸不良等原因造成的，可以通可以通過橋路平衡的原理加以補償。過橋路平衡的原理加以補償。如圖所示，如圖所示， 因此當控制因此當控制電流電流I流過元件時，即使磁場強度流過元件時，即使磁場強度B等于零，在霍爾電等于零，在霍爾電極上仍有電勢存在，該電勢就稱為極上

6、仍有電勢存在，該電勢就稱為不等位電勢不等位電勢。 傳感器原理與應用傳感器原理與應用第七章第七章AIU0BCDDR1R2R4ABCR3R4 在分析不等位電勢時，我們在分析不等位電勢時，我們把霍爾元件等效把霍爾元件等效為一個電橋為一個電橋， 傳感器原理與應用傳感器原理與應用第七章第七章BBBWACDWACD (b)WCADWCDAR2R3R4R1BBWDAR2R3R4R1C（a） （b） （c）WCDAR2R3R4R1B 傳感器原理與應用傳感器原理與應用第七章第七章 由于半導體材料的由于半導體材料的電阻率電阻率、遷移率遷移率和和載流子濃度載流子濃度等會等會隨溫隨溫度的變化度的變化而而發(fā)生變化發(fā)生變

7、化，所以霍爾元件的內(nèi)阻、輸出電壓等參數(shù)也，所以霍爾元件的內(nèi)阻、輸出電壓等參數(shù)也將隨溫度而變化。不同材料的內(nèi)阻及霍爾電壓與溫度的關系曲線將隨溫度而變化。不同材料的內(nèi)阻及霍爾電壓與溫度的關系曲線見圖，見圖， 傳感器原理與應用傳感器原理與應用第七章第七章 圖中，內(nèi)阻和霍爾電壓都用相對比率表示。我們圖中，內(nèi)阻和霍爾電壓都用相對比率表示。我們把把溫度每變化溫度每變化11時，霍爾元件輸入電阻或輸出電阻時，霍爾元件輸入電阻或輸出電阻的相對變化率稱為內(nèi)阻溫度系數(shù)，用的相對變化率稱為內(nèi)阻溫度系數(shù)，用表示。表示。把把溫溫度每變化度每變化11時，霍爾電壓的相對變化率稱為霍爾電時，霍爾電壓的相對變化率稱為霍爾電壓溫度

8、系數(shù)，用壓溫度系數(shù)，用表示。表示。 傳感器原理與應用傳感器原理與應用第七章第七章UHEIREUHtRt(t)RIUHRi(t)UHEIR霍爾元件溫度補償?shù)姆椒ê芏?傳感器原理與應用傳感器原理與應用第七章第七章 tRRHtH 10 tRRiit 10 ittRREI ittHHHRREBdRBIdRU UHEIR 傳感器原理與應用傳感器原理與應用第七章第七章. dtdUH RRRRRRRUiiitiH002200 000 RRRii 0iRR 傳感器原理與應用傳感器原理與應用第七章第七章 傳感器原理與應用傳感器原理與應用第七章第七章) 1( ) 1(00tUUtRRHHtOOt LLOHLtRR

9、tRtUU ) 1() 1(00 0 dtdULt 傳感器原理與應用傳感器原理與應用第七章第七章0 dtdULt 0) 1) 100 tRRtROLO （ 0OLRR0OLRR 傳感器原理與應用傳感器原理與應用第七章第七章 傳感器原理與應用傳感器原理與應用第七章第七章 傳感器原理與應用傳感器原理與應用第七章第七章 傳感器原理與應用傳感器原理與應用第七章第七章 傳感器原理與應用傳感器原理與應用第七章第七章 傳感器原理與應用傳感器原理與應用第七章第七章 傳感器原理與應用傳感器原理與應用第七章第七章 傳感器原理與應用傳感器原理與應用第七章第七章 傳感器原理與應用傳感器原理與應用第七章第七章第第4章章

10、 磁敏傳感器磁敏傳感器第第4章第章第38頁共頁共157頁頁38式中：式中：k是位移傳感器的輸出靈敏度。是位移傳感器的輸出靈敏度。將積分后得：將積分后得： UH=kx說明，說明，霍爾電勢與位移量成線性關系霍爾電勢與位移量成線性關系?；魻栯妱莸??；魻栯妱莸臉O性極性反映了反映了元件位移的方向元件位移的方向。磁場梯度越大，靈敏度越高；磁場磁場梯度越大，靈敏度越高；磁場梯度越均勻，輸出線性度越好梯度越均勻，輸出線性度越好。kdxdBIRdxdUHH 若磁場在一定范圍內(nèi)沿若磁場在一定范圍內(nèi)沿x方向的變化梯度方向的變化梯度dBdx為一常為一常數(shù)，則當霍爾元件沿數(shù)，則當霍爾元件沿x方向移動時，霍爾電勢的變化為：方向移動時，霍爾電勢的變化為：式中：式中：k是位移傳感器的輸出靈敏度。是位移傳感器的輸出靈敏度。將積分后得：將積分后得： UH=kx說明，說明，霍爾電勢與位移量成線性關系霍爾電勢與位移量成線性關系?；魻栯妱莸?。霍爾電勢的極性極性反映了反映了元件位移的方向元件位移的方向。磁場梯度越大，靈敏度越高；