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「磁気センサの基礎(2)」
ホール素子の原理と特徴
ホール効果
 歴史
1879年、米国の物理学者エドウィン・ホール(Edwin Herber Hall, 18551938)によって発見された 。
 現象
半導体で、電流(Ic)に垂直な磁場(B)をかけると、電流と磁場の両方に直
交する方向に起電力( VH )が現れる
The output voltage of Hall element has
a linearity against magnetic flux B.
B
VH
IC
Magnetic flux density B
ホール素子の原理
 ホール素子は4端子素子
 出力電圧は磁束密度(B)に比例
 w W
V

     B  Vin
VH =
H μ・(-)・B・Vin
lL
B
4
3
VH
1) 定電圧駆動
W
1
L
d
w; Hallデバイスの長さ
L; Hallデバイスの幅
; 電子移動度
2
Iin
Vin
VH: Hall起電力
Vin: バイアス電圧
Iin : バイアス電流
B : 磁束密度
2) 定電流駆動
Ic  B
R
H
VH V
=H -RH・ B ・ Iin
d
d
RH;Hall係数
ホール素子の材料と特性
 ホール素子の材料-移動度の高い半導体材料
化合物半導体(InSb/InAs/GaAs等)が使われる。
(cm2/Vsec)
感度
バンドギャップ
(eV)
Si
1450
1.12
GaAs
8000
1.43
InAs
InSb
35000
0.33
良
InSb
InAs
GaAs
大
75000
温度
特性
VH:出力電圧
材料
移動度
0.16
T:温度
旭化成のホール素子ラインナップ
 材料
3種類の化合物半導体材料
1. InSb ・・・ HWシリーズ
HW-□□□□
2. InAs ・・・ HQ/HZシリーズ
HQ-□□□□, HZ-□□□□
3. GaAs・・・ HGシリーズ
HG-□□□□
 パッケージ
主なパッケージラインナップ
SOP
SIP
SON
(Small Outline Package)
(Single Inline Package)
(Small Outline Non-lead)
H□-1□□□
H□-3□□□
H□-0□□□
(参考)製品番号の見方
ex) H G – 1 0 6 C
ex) E M – 6 7 8 1
機能、世代、感度など
パッケージ
: 両極検知スイッチタイプホールIC 600系パッケージ
: 両極検知スイッチタイプホールIC EM1系パッケージ
: 低消費電力ラッチタイプホールIC EM1系パッケージ
: ラッチタイプホールIC
700系パッケージ
:ラッチタイプホールIC
600系パッケージ
: 片極検知スイッチタイプホールIC 400系パッケージ
: InSb ホール素子
101Aパッケージ
: InSb ホール素子
300Bパッケージ
: GaAsホール素子 感度:0.22mV/mT・V)
106パッケージ
HG-166A : GaAsホール素子 感度:0.30mV/mT・V
106パッケージ
EM-6781
EM-1781
EM-1712
センサ材料
EW-732
W : InSb
EW-610B
G : GaAs
EW-450B
Q : Quantum wall InAs
HW-101A
Z : InAs
HW-300B
M : Monolithic Si
HG-106C
センサの種類
H : Hall element
E : Hall Effect IC
C : Current sensor
ホール素子カタログの見方(HG-106Cの例)
 基本特性
1. 出力電圧(磁界印加時の出力電圧)
2. 入力抵抗/出力抵抗
3. オフセット電圧(無磁界時の出力電圧)
 パッケージ
•
1ピンに+、3ピンに-の入力を印加してパッケージ表
面にN極の磁石を近づけた時、2ピンに+、4ピンに-
が出力される。
•
パッケージ表面にS極の磁石を近づけた時は出力の
極性は逆になり、2ピンに-、4ピンに+が出力される。
ホール素子カタログの見方(HG-106Cの例)
 感度
– カタログ上は第一象限のみ
表示
– 製品(材料)によって、強磁
場でのリニアリティが異なる
ので、使用環境、目的による
使い分けが必要
出力電圧の磁束密度依存性
(駆動電圧:HW-1V,HG-6V)
出力電圧の磁束密度依存性
(駆動電流:5mA)
1000
1600
1400
HW-108A
800
1000
出力電圧(mV)
出力電圧(mV)
1200
HW-108C
800
600
HG-106C
400
HW-108A
HG-106C
600
400
HW-108C
200
200
0
0
0
100
200
300
磁束密度(mT)
400
500
感度が飽和しない磁束密度
0
100
200
300
磁束密度(mT)
400
: HG > HZ > HQ > HW
500
ホール素子カタログの見方
 温度特性の比較
素子の種類、駆動方法で異なるので要注意
HW-101A
HZ-116C
HQ-0111
Vc:定電圧駆動
Ic:定電流駆動
HG-106C
ホール素子カタログの見方
 不平衡(オフセット)電圧
ホール素子には磁界が無くても出力電圧がある
次回は、「ホールICの原理と特徴」