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1879年，埃德温霍尔设计了一个实验，可以用来识别导电材料的主要载流子特性。从历史的角度来看，这个实验首次证明大多数金属中的载流子都带有负电荷。

霍尔效应是一种非常重要的物理效应，可以用来测量各种材料的磁场、载流子密度或霍尔系数。

霍尔效应定义

当载流导体I置于横向磁场B中时，在垂直于导体I和导体B的导体中感应出电场E。这种现象称为霍尔效应。

由施加的磁场产生的电压或电场也称为霍尔电压或霍尔场。

什么是霍尔效应？

我们知道p型半导体和n型半导体是两种类型的半导体。

在n型半导体中，自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子。这意味着n型半导体中的大部分电流是由自由电子传导的。

在p型半导体中，空穴是多数载流子，自由电子是少数载流子。这意味着p型半导体中的大部分电流是通过空穴传导的。

现在我们对p型和n型半导体有了一些了解。但如何判断半导体是p型还是n型呢？

自由电子和空穴是非常小的粒子。所以我们无法直接看到它们。然而，利用霍尔效应，很容易识别半导体是p型还是n型。

当电压施加到导体或半导体时，电流就会流动。在导体中，电流由自由电子传导，而在半导体中，电流由自由电子和空穴传导。

半导体或导体中的自由电子总是试图沿着直线路径流动。然而，自由电子由于与原子的连续碰撞而稍微改变方向。然而，如果施加足够强的电压，自由电子将被迫沿着直线路径移动。仅当没有从不同方向施加其他力时才会发生这种情况。

使用磁场在不同方向施加力会改变导体或半导体中自由电子的方向。

考虑半导体或导体等材料，如下所示。当施加电压时，电流开始沿正x方向流动。

当在与电流流动方向垂直的方向上对载流导体或半导体施加磁场时，就会产生电场，并在负y方向上作用力，这种现象称为霍尔效应。霍尔效应以美国物理学家埃德温霍尔(EdwinHall)的名字命名，他于1879年发现了这种现象。

导体中的霍尔效应

材料中产生的电场将电荷载流子向下推动。如果材料是导体，电场会将自由电子向下推动。结果，大量电荷载流子积聚在导体的底面上。

底部积累大量负电荷，顶部缺乏负电荷，所以底部带负电荷，顶部带正电荷。

结果，导体的顶面和底面之间出现电势差。这种电势差称为霍尔电压。在导体中，电场是由带负电的自由电子产生的。因此，导体中产生的霍尔电压为负。

N型半导体中的霍尔效应

当磁场施加到n型半导体时，自由电子和空穴都被向下推向n型半导体的底表面。由于n型半导体中的空穴数量可以忽略不计，因此自由电子主要积聚在n型半导体的底表面上。

这会在底表面产生负电荷，并在顶表面产生等量的正电荷。因此，在n型半导体中，下表面带负电，上表面带正电。

结果，在n型半导体的顶表面和底表面之间出现电势差。在n型半导体中，电场主要由带负电的自由电子产生。因此，n型半导体产生的霍尔电压具有负值。

p型半导体中的霍尔效应

当磁场施加到p型半导体时，多数载流子和少数载流子被向下推向p型半导体的底部。在p型半导体中，自由电子可以忽略不计。空穴主要聚集在p型半导体的底面上。

因此，在p型半导体中，底面带正电，顶面带负电。

结果，在p型半导体的顶表面和底表面之间出现电势差。在p型半导体中，电场主要由带正电的空穴产生。因此，p型半导体产生的霍尔电压具有正值。这导致产生的电场具有正y方向。

霍尔效应有助于确定材料类型。

霍尔效应可以轻松识别半导体是p型还是n型。如果产生的电压为正，则该材料称为p型，如果产生的电压为负，则该材料称为n型。

霍尔电压与流过材料的电流和磁场的强度成正比，与材料中移动电荷的数量和材料的厚度成反比。因此，产生大霍尔电压需要使用每单位体积移动电荷很少的薄材料。

霍尔电压的数学表达式为

在

VH=霍尔电压

I=流经材料的电流B=磁场强度q=电荷n=每单位体积移动的载流子数量d=材料厚度

应用霍尔效应

它用于确定半导体是N型还是P型。

用于求载流子浓度。

用于计算载流子迁移率。

用于测量电导率。

用于测量交流功率和磁场强度。

一、为什么霍尔元件一般采用N型半导体材料？

一般金属的载流子密度很大，因此金属材料的霍尔系数很小，霍尔效应不明显。另一方面，由于半导体的载流子密度比金属小得多，因此半导体的霍尔系数比金属大得多，可以产生更大的霍尔效应，因此霍尔器件采用半导体而不是金属。金属材料。

二、为什么霍尔元件不用金属材料而是用半导体？

1、半导体具有高迁移率和适中的电阻率，是制造霍尔器件的理想材料。金属的迁移率低，电阻很低，而不良导体的电阻高，但迁移率很低。因此，霍尔器件一般采用半导体材料制成。

2、半导体是指室温下电导率介于导体和绝缘体之间的材料。一般来说，半导体材料具有约1至3电子伏特的能隙，并通过电子传导或空穴传导来传输电流。半导体广泛应用于无线电、电视和温度测量。

3.霍尔元件是利用霍尔效应的半导体。基于霍尔效应的磁传感器可以检测磁场及其变化，可用于各种涉及磁场的场合。优点包括结构坚固、体积小、重量轻、寿命长、安装方便、功耗低、频率高、耐振动等。它通常用于测量电机的转子速度，例如录像机中的磁鼓。计算机、风扇等的散热。

其物理本质是一种电磁效应。当垂直于电流方向的磁场施加到导体上时，洛伦兹力使导体中的电子聚集在一起，从而在电子聚集的方向上产生电场。磁场产生的洛伦兹力可以让后续的电子顺利通过而不会发生偏转。

电压产生的电场力平衡了洛伦兹力。霍尔电压的极性证实导体内部的电流是由带负电粒子的运动引起的。

除了导体之外，半导体也能产生霍尔效应，并且半导体的霍尔效应比导体更强。