1. 研究目的与意义
霍尔效应在当今科学技术的许多领域都有着广泛的应用，如测量技术、电子技术、自动化技术等。
德国物理学家克利青因发现量子霍尔效应而获得诺贝尔物理学奖。
美籍华裔物理学家施默特和美籍德裔物理学家劳科林因在发现分数量子霍尔效应方面所作出的杰出贡献而荣获1998 年诺贝尔物理学奖。
2. 国内外研究现状分析
自从 1879 年 24 岁的研究生霍尔（Edwin H. Hall）在发现霍尔效，随着半导体物理学的迅猛发展，霍尔系数和电导率的测量已经称为研究半导体材料的主要方法之一。通过实验测量半导体材料的霍尔系数和电导率可以判断材料的导电类型、载流子浓度、载流子迁移率等主要参数。若能测得霍尔系数和电导率随温度变化的关系，还可以求出半导体材料的杂质电离能等参数。在霍尔效应发现约 100 年后，德国物理学家克利青Klaus von Klitzing等研究半导体在极低温度和强磁场中发现了量子霍尔效应，它不仅可作为一种新型电阻标准，还可以改进一些基本产量的精确测定，是当代凝聚态物理学和磁学令人惊异的进展之一，克利青为此发现获得 1985 年诺贝尔物理学奖。其后美籍华裔物理学家崔琦D. C. Tsui和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。它的发现使人们对宏观量子现象的认识更深入一步，他们为此发现获得了 1998 年诺贝尔物理学奖。日本的物理学家日前发现从理论上来说光学也有等同于霍尔效应的现象发生。而且此理论应该可以利用偏振光加以实验证明。中国科学院半导体研究所的常凯研究员，博士生杨文基于多带的有效质量理论，研究了窄禁带半导体量子阱中的自旋轨道耦合，发现自旋劈裂随电子波矢的增加而呈现强烈的非线性关系。他们建立的新模型能够很好地描述非线性行为，并给出了非线性起源的物理图像。最近，他们同美国斯坦福大学张守晟教授合作，研究了窄禁带半导体量子阱中的自旋Hall效应。他们基于多带有效质量理论，采用Green函数方法，考虑到杂质散射的顶角修正，建立了关于n型和p型半导体中自旋霍尔效应的统一的理论框架。该理论可以很好地处理强导带－价带耦合情形，即窄禁带半导体量子阱情形。他们发现利用外加电场和量子阱宽度可以在窄禁带半导体量子阱中引致量子相变，从而实现本征自旋Hall效应的开关。这种开关效应可能会被用来验证本征自旋霍尔效应的存在。
3. 研究的基本内容与计划
了解半导体材料的霍尔效应，包括半导体材料产生霍尔效应的条件，半导体材料与金属材料霍尔效应的区别和在应用方面半导体材料相对于金属的优势。通过软件模拟电路来测试半导体材料本身特性及几何外形与霍尔系数和霍尔灵敏度的关系。改变加在半导体材料上的电压和磁场来观察霍尔电压的变化，绘出曲线图分析各个参数之间的关系，从应用角度研究半导体霍尔传感器的结构要求。因为霍尔器件的应用原理简单，信号处理方便，器件本身又具有一系列的独特优点，使其应用组合千变万化。作为一种磁场传感器和磁电转换的基础器件随着人们对它的熟悉和了解，它们将象其他传感器等基础器件一样，在各种信息采集和处理中发挥越来越重要的作用。应用方面计划采用半导体霍尔器件为传感器的应用电路，从其组成的电路各个部分一次解释讨论其工作原理测试转速，霍尔电路通电后，磁体每经过霍尔电路一次，便输出一个电压脉冲，即可以用数字电路来计算，通过计算在一段时间内通过脉冲的数量便可以得出转速或者路程等等。
4. 研究创新点
在一块通电的半导体薄片上，加上和片子表面垂直的磁场b，在薄片的横向两侧会出现一个电压，这种现象就是霍尔效应，是由科学家爱德文霍尔在1879 年发现的。
这种现象的产生，是因为通电半导体片中的载流子在磁场产生的洛仑兹力的作用下，分别向片子横向两侧偏转和积聚，因而形成一个电场，称作霍尔电场。
霍尔电场产生的电场力和洛仑兹力相反，它阻碍载流子继续堆积，直到霍尔电场力和洛仑兹力相等。
