Question

霍尔效应 神奇的霍尔器件，具备有传感器和开关两大功能

Answer 1

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。