第八章 躐敏传感馨 电子信息及电气工程系
第八章 磁敏传感器 电子信息及电气工程系
8-1攏述 定义 磁敏传感器是基于磁电转换原理的传感器 1856年发现磁阻效应,1879年发现霍尔效应 60年代初开始应用。 二、分类 体型:霍尔传感器,磁敏电阻 结型:磁敏二极管,磁敏晶体管
8-1 概述 一、定义 磁敏传感器是基于磁电转换原理的传感器。 1856年发现磁阻效应， 1879年发现霍尔效应 60年代初开始应用。 二、分类 体型：霍尔传感器，磁敏电阻 结型：磁敏二极管，磁敏晶体管
8-2霍尔传器 B 霍尔效应 在金属或半导体薄 FE 片的两端通过控制 UH 电流玚并在薄片的 垂直方向施加磁感 应强度为B垂直于电流和磁场方向上 将产生电动势L1(霍尔电压)
8-2 霍尔传感器 一、霍尔效应 在金属或半导体薄 片的两端通过控制 电流I,并在薄片的 垂直方向施加磁感 应强度为B的磁场, + + + + + + + + + I UH B FL FE v 那么,在垂直于电流和磁场方向上 将产生电动势UH（霍尔电压）
霍尔效应的产生是由于运动电荷受磁场中 洛伦兹力作用的结果:Um=KmB 溶伦兹力:F=pvB电荷聚集,UH产生 静场产生反力:F=eEu=2Cmbb为霍尔元件 平衡时:F=FE,-EB=-已Ub的宽度 UH= bvB d为霍尔元件的厚度 I为控制电流:IdQt=bdvn(-e) bv=l/d n(-el 则:Um=IB/|dn(-e) n为单位体积内自由电子数 歌R=1/n(-e) 霍尔常数,由半导体材料决定 则:Um=RHIB/d 歌KH=RH/d则:Um=KHIB
d为霍尔元件的厚度 洛伦兹力：FL=- ev B 电荷聚集， UH产生 静电场产生反力： FE=- e EU = - e UH /b 平衡时： FL= FE ， - ev B= - e UH /b UH= bvB I 为控制电流： I= dQ/ dt = b d v n( - e) b v = I / [d n( - e)] 则： UH= I B / [d n( - e)] 取 RH= 1 / [n( - e)] 霍尔常数, 由半导体材料决定 则： UH= RH I B/ d 取 KH= RH / d 则： UH= KH I B 霍尔效应的产生是由于运动电荷受磁场中 洛伦兹力作用的结果： UH=KHIB b为霍尔元件 的宽度 n为单位体积内自由电子数
UH= KHIB 霍尔电势的大小正比于控制电流I 和磁感应强度B的乘积。K称为霍尔元 件的灵敏度,它是表征在单位磁感应强 度和单位控制电流时输出霍尔电压大小 的重要参数 当控制电流方向或磁场方向改变时 输出电动势方向也将改变
UH = KH I B 霍尔电势的大小正比于控制电流I 和磁感应强度B的乘积。KH称为霍尔元 件的灵敏度，它是表征在单位磁感应强 度和单位控制电流时输出霍尔电压大小 的重要参数 当控制电流方向或磁场方向改变时， 输出电动势方向也将改变
二、灵敏度 1)材料电阳p与载流子浓度n和其迁移率μ 相关,R1=(Hp)(R=1/m(-D 2)Km=RH/d,则d要小,霍尔片要薄(lpm) 3)霍尔片长边短边>4,输出不受影响(一般长 边短边=2,短边通以电流,长边输出Un) 建立霍尔效应的时间很短:102~1014s 控制电流用交流时,频率可以很高(几千兆赫)
二、灵敏度 1）材料电阻ρ与载流子浓度n和其迁移率μ 相关， RH = (μ,ρ) (RH= 1 / [n( - e)]) 2）KH= RH / d ，则d要小，霍尔片要薄（1μm） 3）霍尔片长边/短边>4，输出不受影响（一般长 边/短边=2, 短边通以电流，长边输出UH ） 建立霍尔效应的时间很短：10-2～ 10-14ｓ 控制电流用交流时，频率可以很高（几千兆赫）
接舳要求:欧姆接触(无PN结) 老式:焊接 新方法:离子注入工艺 溅射工艺 霍尔元件外形及结构: 尺寸:4mm×2mmx0.1mm b) 4)
接触要求：欧姆接触（无PN结） 老式：焊接 新方法：离子注入工艺 溅射工艺 霍尔元件外形及结构： 尺寸：4mm × 2mm × 0.1mm 1 3 2 4
三、基本电路 控制电流由E供给 R为调节电阻 R为负载电阻 RP E 在磁场作用下,负载上有电压输出。 实际使用时以或B,或同时作为输入信号,而输 出信号则正比于B或两者的乘积
由于建立霍尔效应的时间很短，因此控制电流用交流时，频率 可以很高（几千兆赫） 在磁场作用下，负载上有电压输出。 实际使用时,以I或B,或同时作为输入信号，而输 出信号则正比于I或B,或两者的乘积。 三、基本电路 控制电流由E供给 RP为调节电阻 Rf为负载电阻
四、电磁特性 1)UHI特性:Un=KnIB 在磁场和环境温度一定时,霍尔输出电动势UH与控 制电流之间呈线性关系,直线的斜率称为控制电流灵敏 度用K表示 HZ-1、2、3 K1=KHB→UH=K1(线性) HZ-4 KH↑→KI↑ kt↑、↑→UH个 I (mA)
四、电磁特性 1）ＵH—I特性：UH = KH I B 在磁场和环境温度一定时，霍尔输出电动势UH与控 制电流I之间呈线性关系，直线的斜率称为控制电流灵敏 度用KI表示。 KI = KH B → UH = KI I （线性） KH↑ → KI ↑ KI ↑ 、 I ↑ → UH ↑
六、材料及结构特点 般采用以下半导体单晶材料制成: N型、砷化铟、銻化铟 线形度好 输出大 (受温度影响比锑化铟小 输出没有锑化铟大 受温度影响大 输出小 温度和线形度较好 般 敏感 测量 元件
六、材料及结构特点 一般采用以下半导体单晶材料制成： N型锗、砷化铟、锑化铟 输出大 受温度影响大 输出小 温度和线形度较好 线形度好 受温度影响比锑化铟小 输出没有锑化铟大 敏感 元件 一般 测量