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太 原 理 工 大 学 课 程 设 计 说 明 书
1 霍尔传感器的发展历程
霍尔传感器是磁电效应的一种,这种现象是霍尔于 1879 年在研究金属的导
体机构时发现的。后来发现半导体、导电流体等也有这种效应,而半导体的霍
尔效应比金属强的多,利用这种现象制成的各种霍尔元件。广泛的应用于工业
自动化技术,检测技术及信息处理方面。霍尔效应是研究半导体材料性能的基
本方法。尽管人们早在 1879 年就知道了霍尔效应,但直到 20 世纪 60 年代末,
随着固态电子技术的发展,霍尔效应才开始为人们所应用。自此,霍尔传感器
得到飞速发展,在汽车,工业,计算机等行业中得到广泛应用,如齿轮速度检
测、运动与接近检测及电流检测等。霍尔传感器的出现。解决了很多让人棘手
的问题。
100 多年来,霍尔效应的应用经历了三个阶段:
第一阶段是从霍尔效应的发现到 20 世纪 40 年代前期。最初,由于金属材
料中的电子浓度很大,而霍尔效应十分微弱,所以没有引起人们的重视。这段
时期也有人利用霍尔效应制成磁场传感器,但实用价值不,到了 1910 年有人
用金属铋制成霍尔元件,作为磁场传感器。但是,由于当时未找到更合适的材
料,研究处于停顿状态。
第二阶段是从 20 世纪 40 年代中期半导体技术出现之后,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,特别是锗的采用推动了
霍尔元件的发展,相继出现了采用分立霍尔元件制造的各种磁场传感器、磁罗
盘、磁头、电流传感器、非接触开关、接近开关、位置、角度、速度、加速度
传感器、压力变送器、无刷直流电机以及各种函数发生器、运算器等,
应用十分广泛。
第三阶段是自 20 世纪 60 年代开始,随着集成电路技术的发展,出现了将
霍尔半导体元件和相关的信号调节电路集成在一起的霍尔传感器。进入 20 世
纪 80 年代,随着大规模超大规模集成电路和微机械加工技术的进展,霍尔元
件从平面向三维方向发展,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、加工的批量化、体积的微型化。此外,20 世纪 70 年代末,美国
科学家发现了量子霍尔效应并因此获得了 1985 年的诺贝尔物理学奖。最近,
韩国科学家报告了等离子霍尔传感器 L1 J。
最近,F.Le Bihan 等人研制了一种可测量大位移量的多晶硅薄膜场效应
(rIFI’)霍尔传感器,其结构见图 19a 和图 19b,它包括 2 个对称放置的 rIFI’
霍尔探头和 2 个源极、漏极。该传感器系采用 LI~VD 工艺,形成非掺杂和轻
掺杂两种多晶硅薄膜作为激励区;采用重掺杂多晶硅工艺,形成源极和漏极;
采用 VD 工艺形成隔离门。为了减少电极间的相互干扰。它的激励区较大为
200tzm×200tzm。霍尔电极放在宽 15tzm 的沟道中间。该传感器的主要特点是,
它的灵敏度和功耗与薄膜场效应管的门和漏极电压相关,灵敏度为 200mV/T,
功耗小于 2mW。将霍尔发生器形成在大面积玻璃芯片上,可用于大量程位置
传感器。