简述霍尔效应原理

原理：当电流垂直于外磁场通过半导体时，载流子发生偏转，垂直于电流和磁场的方向会产生一附加电场，从而在半导体的两端产生电势差，这一现象就是霍尔效应，这个电势差也被称为霍尔电势差。

霍尔效应 在1879年被物理学家霍尔发现，它定义了磁场和感应电压之间的关系，这种效应和传统的电磁感应完全不同。当电流通过一个位于磁场中的导体的时候，磁场会对导体中的电子产生一个垂直于电子运动方向上的作用力，从而在垂直于导体与磁感线的两个方向上产生电势差。

虽然这个效应多年前就已经被人们知道并理解，但基于霍尔效应的传感器在材料工艺获得重大进展前并不实用，直到出现了高强度的恒定磁体和工作于小电压输出的信号调节电路。根据设计和配置的不同，霍尔效应传感器可以作为开/关传感器或者线性传感器，广泛应用于电力系统中。

扩展资料：

霍尔效应的发展

在霍尔效应发现约100年后，德国物理学家克利青等在研究极低温度和强磁场中的半导体时发现了量子霍尔效应，这是当代凝聚态物理学令人惊异的进展之一，克利青为此获得了1985年的诺贝尔物理学奖。?

之后，美籍华裔物理学家崔琦和美国物理学家劳克林、施特默在更强磁场下研究量子霍尔效应时发现了分数量子霍尔效应，这个发现使人们对量子现象的认识更进一步，他们为此获得了1998年的诺贝尔物理学奖。

如今，复旦校友、斯坦福教授张首晟与母校合作开展了“量子自旋霍尔效应”的研究。“量子自旋霍尔效应”最先由张首晟教授预言，之后被实验证实。这一成果是美国《科学》杂志评出的2007年十大科学进展之一。

如果这一效应在室温下工作，它可能导致新的低功率的“自旋电子学”计算设备的产生。 工业上应用的高精度的电压和电流型传感器有很多就是根据霍尔效应制成的，误差精度能达到0.1%以下

由清华大学薛其坤院士领衔，清华大学、中科院物理所和斯坦福大学研究人员联合组成的团队在量子反常霍尔效应研究中取得重大突破，他们从实验中首次观测到量子反常霍尔效应，这是中国科学家从实验中独立观测到的一个重要物理现象，也是物理学领域基础研究的一项重要科学发现。

百度百科-霍尔效应

电流通过半导体时，如果外加磁场垂直于电流，半导体中的载流子（电子、空穴）就会发生偏转，在与电流和磁场垂直的方向上，就会产生一个附加电场，半导体的两端就会产生一个电势差。这个现象叫做霍尔效应，产生的电势差叫做霍尔电势差。霍尔效应和传统的电磁感应完全不同。

产生霍尔效应的原因。外加在半导体上，与电流方向垂直的磁场，使半导体中的电子与空穴受到了不同方向上的洛伦兹力，电子与空穴就在不同方向上产生聚集，例如左边聚集电子，右边聚集空穴，这样，左右侧之间就会形成一个电场，当电场力与洛伦兹力平衡时，电子与空穴就不再聚集了。以后的电子和空穴由于受到电场力和磁场的洛伦兹力而平衡，能够顺利通过而不发生偏移。

霍尔效应是电磁效应的一种，最先是美国物理学家霍尔在研究金属导电机制时首次发现的。因此，用他的名字来命名。

霍尔器件的控制原理。霍尔器件的输出量直接与电控单元接口来实现自动检测。霍尔器件把检测到的磁场变化转变为数字电压输出，监视和测量 汽车 各部件运行参数的变化，如位移、位置、转速、角度、角速度等等。如果将这些变量进行二次变换，又可测量压力、质量、流速、液位、流量等。根据霍尔效应做成的霍尔器件，具备有传感器和开关的功能。

目前，用在 汽车 的霍尔器件有：信号传感器、速度传感器、 汽车 速度表、 汽车 的里程表、用电负载的电流检测和工作状态诊断、各种开关、发动机转速及曲轴角度传感器、液体物理量的检测器等等。

例如， 汽车 的点火系统，安装有霍尔式点火脉冲发生器，在变化磁场的作用下，可以在带电的半导体层内产生脉冲电压。霍尔式点火脉冲发生器由于无磨损，可以免维护，用于恶劣工作环境条件下的精准点火。采用功率霍尔开关电路，可以减小 汽车 功率大的前照灯、空调电机和雨刮器电机在开关时产生的电弧和电磁信号干扰。

霍尔效应有整数量子霍尔效应、分数量子霍尔效应、热霍尔效应（垂直磁场的导体会有温度差）、自旋霍尔效应、量子反常霍尔效应等。

德国物理学家克利青等人发现了整数量子霍尔效应，获得了1985年的诺贝尔物理学奖。美籍华裔物理学家崔琦和美国物理学家劳克林、施特默发现了分数量子霍尔效应，获得了1998年的诺贝尔物理学奖。斯坦福教授张首晟与母校合作发现了"量子自旋霍尔效应"，被评为2007年十大科学进展之一。清华大学薛其坤院士团队在实验中首次观测到量子反常霍尔效应，没有外加磁场对电子洛伦兹力产生影响（轨道偏转），由材料本身自发磁化而产生的。