為什麼半導體的霍爾效應顯著

A. 為什麼霍爾效應明顯的材料其霍爾效應不明顯

一般金屬中載流子密度很大,所以金屬材料的霍爾系數系數很小,霍爾效應不明顯; 而半導體中的載流子的密度比金屬要小得多,所以半導體的霍爾系數系數比金屬大得多,能產生較大的霍爾效。

B. 霍爾效應是什麼，它為什麼可以應用於半導體上面呢

霍爾效應的本質是：固體材料中的載流子在外加磁場中運動時，因為受內到洛侖茲力的作用而容使軌跡發生偏移，並在材料兩側產生電荷積累，形成垂直於電流方向的電場，最終使載流子受到的洛侖茲力與電場斥力相平衡，從而在兩側建立起一個穩定的電勢差即霍爾電壓。正交電場和電流強度與磁場強度的乘積之比就是霍爾系數。平行電場和電流強度之比就是電阻率。
大量的研究揭示：參加材料導電過程的不僅有帶負電的電子，還有帶正電的空穴。所以它可以應用於半導體上面。

C. 為什麼霍爾元件不用金屬材料而是用半導體

因為霍爾電壓公式是E等於kBI/d，霍爾元件和等離子磁流體發電是一個原理的，其中公式的系數k1/n（n為導體單位橫截面積的載流子數）說到這里就能看出當BI一定時不同材料的k與d不同時霍爾電壓是不同的，當d做到很薄不能再薄（很厚）時只能通過改變k來提高（降低）霍爾電壓，

而一般材料的K基本是固定的或隨外界因素（溫度）改變的，這就是系數變數，而半導體導電是因為能在硅儲中摻雜的不同濃度的物質，

而這種摻雜使得半導體中的載流子濃度能受人為控制（也就是單位橫截面積的載流子數能人為控制）從而改變了K，其實這公式些就跟人們發現的電阻率公式類似，起到了對電子元件的微型化的作用。

(3)為什麼半導體的霍爾效應顯著擴展閱讀：

霍爾元件應用霍爾效應的半導體。

所謂霍爾效應，是指磁場作用於載流金屬導體、半導體中的載流子時，產生橫向電位差的物理現象。金屬的霍爾效應是1879年被美國物理學家霍爾發現的。

當電流通過金屬箔片時，若在垂直於電流的方向施加磁場，則金屬箔片兩側面會出現橫向電位差。半導體中的霍爾效應比金屬箔片中更為明顯，而鐵磁金屬在居里溫度以下將呈極強的霍爾效應。

由於通電導線周圍存在磁場，其大小和導線中的電流成正比，故可以利用霍爾元件測量出磁場，就可確定導線電流的大小。利用這一原理可以設計製成霍爾電流感測器。其優點是不和被測電路發生電接觸，不影響被測電路，不消耗被測電源的功率，特別適合於大電流感測。

若把霍爾元件置於電場強度為E、磁場強度為H的電磁場中，則在該元件中將產生電流I，元件上同時產生的霍爾電位差和電場強度E成正比，如果再測出該電磁場的磁場強度，則電磁場的功率密度瞬時值P可由P=EH確定。

利用這種方法可以構成霍爾功率感測器,如果把霍爾元件集成的開關按預定位置有規律地布置在物體上，當裝在運動物體上的永磁體經過它時，可以從測量電路上測得脈沖信號。根據脈沖信號列可以感測出該運動物體的位移。若測出單位時間內發出的脈沖數，則可以確定其運動速度。

D. 霍爾效應只適用半導體原件嗎，為什麼判斷電勢高低時要用正電荷判斷。

後來曾有人利用霍爾效應製成測量磁場的磁感測器，但因金屬的霍爾效應太弱而未能得到實際應用。隨著半導體材料和製造工藝的發展，人們又利用半導體材料製成霍爾元件，由於它的霍爾效應顯著而得到實用和發展，現在廣泛用於非電量電測，電動控制，電磁測量和計算裝置方面。在電流體中的霍爾效應也是目前在研究中的「磁流體發電」的理論基礎。 由於通電導線周圍存在磁場，其大小與導線中的電流成正比，故可以利用霍爾元件測量出磁場，就可確定導線電流的大小。利用這一原理可以設計製成霍爾電流感測器。其優點是不與被測電路發生電接觸，不影響被測電路，不消耗被測電源的功率，特別適合於大電流感測。 若把霍爾元件置於電場強度為E、磁場強度為H的電磁場中，則在該元件中將產生電流I，元件上同時產生的霍爾電位差與電場強度E成正比，如果再測出該電磁場的磁場強度，則電磁場的功率密度瞬時值P可由P=EH確定。 利用這種方法可以構成霍爾功率感測器。 如果把霍爾元件集成的開關按預定位置有規律地布置在物體上，當裝在運動物體上的永磁體經過它時，可以從測量電路上測得脈沖信號。根據脈沖信號列可以感測出該運動物體的位移。若測出單位時間內發出的脈沖數，則可以確定其運動速度。 霍爾發現，如果對位於磁場(B)中的導體(d)施加一個電壓(Iv)，該磁場的方向垂直於所施加電壓的方向，那麼則在既與磁場垂直又和所施加電流方向垂直的方向上會產生另一個電壓(UH)，人們將這個電壓叫做霍爾電壓，產生這種現象被稱為霍爾效應。 好比一條路, 本來大家是均勻的分布在路面上, 往前移動. 當有磁場時, 大家可能會被推到靠路的右邊行走. 故路 (導體) 的兩側, 就會產生電壓差. 這個就叫「霍爾效應」。 根據霍爾效應做成的霍爾器件，就是以磁場為工作媒體，將物體的運動參量轉變為數字電壓的形式輸出，使之具備感測和開關的功能。 訖今為止，已在現代汽車上廣泛應用的霍爾器件有：在分電器上作信號感測器、ABS系統中的速度感測器、汽車速度表和里程錶、液體物理量檢測器、各種用電負載的電流檢測及工作狀態診斷、發動機轉速及曲軸角度感測器、各種開關，等等。 例如:汽車點火系統，設計者將霍爾感測器放在分電器內取代機械斷電器，用作點火脈沖發生器。這種霍爾式點火脈沖發生器隨著轉速變化的磁場在帶電的半導體層內產生脈沖電壓，控制電控單元（ECU）的初級電流。相對於機械斷電器而言，霍爾式點火脈沖發生器無磨損免維護，能夠適應惡劣的工作環境，還能精確地控制點火正時，能夠較大幅度提高發動機的性能，具有明顯的優勢。 用作汽車開關電路上的功率霍爾電路，具有抑制電磁干擾的作用。許多人都知道，轎車的自動化程度越高，微電子電路越多，就越怕電磁干擾。而在汽車上有許多燈具和電器件，尤其是功率較大的前照燈、空調電機和雨刮器電機在開關時會產生浪涌電流，使機械式開關觸點產生電弧，產生較大的電磁干擾信號。採用功率霍爾開關電路可以減小這些現象。 霍爾器件通過檢測磁場變化，轉變為電信號輸出，可用於監視和測量汽車各部件運行參數的變化。例如位置、位移、角度、角速度、轉速等等，並可將這些變數進行二次變換；可測量壓力、質量、液位、流速、流量等。 霍爾器件輸出量直接與電控單元介面，可實現自動檢測。目前的霍爾器件都可承受一定的振動，可在零下40攝氏度到零上150攝氏度范圍內工作，全部密封不受水油污染，完全能夠適應汽車的惡劣工作環境。 霍爾效應的定義 定義1： 霍爾效應是指當施加的外磁場垂直於半導體中流過的電流時,會在半導體垂直於磁場和電流的方向上產生霍爾電動勢。其電勢高的電極，為正極；而其電極低的電極，為副極。

E. 為什麼半導體中霍爾效應特別顯著

霍爾效應是載流子在磁場作用（洛倫茲力作用）下而偏離電場方向所專產生的一種現象。霍屬爾電壓與電場和磁場成正比，其比例系數稱為霍爾系數；霍爾系數與載流子濃度成反比，所以非簡並半導體的霍爾效應較顯著，而簡並半導體和金屬的霍爾效應就較弱。
因為霍爾效應中需要產生一個平衡洛倫茲力作用的橫向電壓，電阻率越高（載流子濃度越低）的半導體，其中越容易產生出這個電壓，所以半導體的霍爾效應要比金屬的強。

F. 霍爾元件為什麼採用半導體材料製造

1、半導體遷移率很高，電阻率適中，是製造霍爾元件的較理想材料。金屬的遷移率和電阻率均

很低，而不良導體電阻率雖高，但遷移率極小。因此霍爾元件一般採用半導體材料製造。

2、半導體，指常溫下導電性能介於導體與絕緣體之間的材料。一般半導體材料的能隙約為1至

3電子伏特，通過電子傳導或空穴傳導的方式傳輸電流。半導體在收音機、電視機以及測溫上有

著廣泛的應用。

3、霍爾元件是應用霍爾效應的半導體。它是一種基於霍爾效應的磁感測器，用它們可以檢測磁

場及其變化，可在各種與磁場有關的場合中使用。它的優點有結構牢固、體積小、重量輕、壽

命長、安裝方便、功耗小、頻率高、耐震動等一般用於電機中測定轉子轉速，如錄象機的磁

鼓，電腦中的散熱風扇等。

G. 為什麼用半導體來研究霍爾效應

半導體的載流子濃度比金屬中的電子濃度低
霍爾效應中需要產生一個平衡洛倫茲力作用的橫向電壓,電阻率越高（載流子濃度越低）的半導體,其中越容易產生出這個電壓,所以半導體的霍爾效應要比金屬的強.

H. 為什麼採用半導體材料制備霍爾元件

因為磁場作抄用於載流金屬導體襲、半導體中的載流子時，產生橫向電位差的物理現象。

霍爾效應為磁場作用於載流金屬導體、半導體中的載流子時，產生橫向電位差的物理現象。金屬的霍爾效應是1879年被美國物理學家霍爾發現的。

當電流通過金屬箔片時，若在垂直於電流的方向施加磁場，則金屬箔片兩側面會出現橫向電位差。半導體中的霍爾效應比金屬箔片中更為明顯，而鐵磁金屬在居里溫度以下將呈極強的霍爾效應。由於通電導線周圍存在磁場，其大小和導線中的電流成正比，故可以利用霍爾元件測量出磁場。

(8)為什麼半導體的霍爾效應顯著擴展閱讀：

霍爾元件的相關情況：

1、磁場的一個磁極靠近它，輸出低電位電壓（低電平）或關的信號，磁場磁極離開它輸出高電位電壓（高電平）或開的信號，正面感應磁場S極，反面感應N極。

2、因為磁場有兩個磁極N、S（正磁或負磁），所以兩個磁極分別控制雙極性霍爾開關的開和關（高低電平），它具有鎖定的作用，也就是說當磁極離開後，霍爾輸出信號不發生改變。

3、在靜態（無磁場）時，從理論上講，輸出應等於在工作電壓及工作溫度范圍內的電源電壓的一半。增加南極磁場將增加來自其靜態電壓的電壓。

I. 霍爾效應為什麼要用半導體材料，而且要求很薄啊

為實驗 的要求 ，是被碰撞的物體呈單平面，這樣為了使能量的去向有可被測性，而且使實驗有重復性，真實性

J. 為什麼霍爾元件採用半導體材料而不是用導體材料

霍爾效應是一種磁敏效應，一般在半導體薄片的長度X方向上施加回磁感應強度為B的磁場，則答在寬度Y方向上會產生電動勢UH，這種現象即稱為霍爾效應。UH稱為霍爾電勢，其大小可表示為： UH=RH/d*IC*B （1） 式中，RH稱為霍爾系數，由導體材料的性質決定；d為導體材料的厚度，IC為電流強度，B為磁感應強度。 設RH/d=K,則式（1）可寫為： UH=K*IC*B (2) 可見，霍爾電壓與控制電流及磁感應強度的乘積成正比，K稱霍爾系數。K值越大，靈敏度就越高；元件厚度越小，輸出電壓也越大。 霍爾系數:K=1/(n*q)式中,n為載流子密度,一般金屬中載流子密度很大,所以金屬材料的霍爾系數系數很小,霍爾效應不明顯; 而半導體中的載流子的密度比金屬要小得多,所以半導體的霍爾系數系數比金屬大得多,能產生較大的霍爾效,故霍爾元件不用金屬材料而是用半導體!
參考資料：《物理學基本教程》高等教育社出版