更新时间：2023-04-10 21:54
霍尔效应（英文：Hall effect）是电磁效应的一种，因1879年被美国物理学家埃德温·霍尔（Edwin Hall）而得名。霍尔效应指放在磁场中的载流导体，在磁场方向与电流方向垂直的情况下，出现与磁场和电流两者垂直的横向电势差的现象。该电势差称为霍尔电势差，其大小与导体中的电流及磁场的磁感应强度成正比，而与导体沿磁感应强度方向上的长度成反比。
金属导体中的霍尔电势符号一般为负，半导体中霍尔电势符号由带正电的空穴和带负电的电子的相对关系决定。利用半导体制成的霍尔元件广泛用于电磁测量、压力、加速度等方面的精细测量。
1879年，霍尔发现詹姆斯·麦克斯韦关于磁场中载流导体的受力分析与当时人们考虑这一情形的推断存在矛盾，为了解决这个困惑，他使用铜箔作为导体并通电进行实验，在其导师罗兰教授的指导下，经过多次尝试，最终使用检流计在垂直于载流导体的方向上观察到电流的分布，证明了横向电流的存在。为了纪念霍尔的这一伟大发现，后人将其命名为霍尔效应。
霍尔效应的原理可以从分析载流导体中的载流子在磁场中运动时的受力情况来理解。
如图所示，将载流导体置于方向垂直向上的磁场中，导体内部的电流方向为左向右。对于导体而言，载流子为可自由移动的电子，电子移动方向与电流方向相反，因此电子移动的方向为自右向左。
假设导体的横截面积为，电子所带电量为，电流为，磁感应强度为
，载流子的移动速度为。该电子在磁场中运动会受到如下的洛伦兹力。
由于受到洛伦兹力的作用，漂移的电子会发生偏转，移动至导体的前侧并逐渐累积，累积的效果是在导体前后侧产生了一个由后向前的电场，该电场会对电子产生如下的电场力。
洛伦兹力和电场力方向相反，当逐渐增大至与相等时，电子不再发生偏转，不再增大，此时有
解得该电场强度为：
则前后侧产生的侧向电势差为
该电压也称为霍尔电势差。
则霍尔电势差与电流、磁感应强度、导体在磁感应方向上的长度的关系为：
可见霍尔电势差大小与导体中的电流及磁场的磁感应强度成正比，而与导体沿磁感应强度方向上的长度成反比。此外，温度等因素也会对霍尔电势差产生影响。
令，则有
称为霍尔系数。
令，则有
可称为霍尔电阻。
对于金属导体而言，载流子浓度可达 1X1023/cm3。载流子的带电量为e，如果在1T的磁场，1A的电流情形下，可以估算 0.5 cm 粗的导线产生的霍尔电压约为10-8V，可见在金属导体中霍尔效应并不明显。
对于半导体而言，其内部载流子浓度较导体而言非常低，大约在1010/cm3到1016/cm3之间，在同等条件下产生的霍尔电势差可达100V的数量级，因此，霍尔效应主要表现在半导体元器件中。此外，与金属导体的载流子为单一的电子不同，不同类型半导体内部的载流子电性不一定为负。例如，对于空穴导电的半导体来说，霍尔系数为正；而对于电子导体的半导体霍尔系数为负。
霍尔元件是利用半导体在磁场中的霍尔效应制成的一种传感器。早期由于由于金属材料中的霍尔效应太弱而没有得到应用。随着半导体材料的发展，半导体霍尔元件以其显著的霍尔效应开始得到应用和发展，具有对磁场敏感、结构简单、体积小、频率响应范围广、输出电压变化大和使用寿命长等优点，广泛用于电磁测量、压力、加速度等方面的精细测量。
霍尔元件一般采用N型的锗、锑化铟和砷化铟等半导体单晶材料。霍尔元件主要由霍尔片、四根引线（电极）和壳体等基本部分组成，激励电极通常用红色线，而霍尔电极通常用绿色或黄色线表示。霍尔片是一块矩形半导体薄片，一般用非磁性金属、陶瓷或环氧树脂封装。
将霍尔元件做成探头用于特斯拉计测量磁场强度是磁场测量的一种主要方法。使用时将探头放在待测磁场中，探头的磁敏感面要与磁场方向垂直，计算霍尔电动势，利用霍尔电动势与磁场的定量测量磁场。这种方法能够测量到0.1T量级的地磁场。
利用霍尔元件测量地磁场的能力，还可以制成磁罗盘，应用于人造卫星、船舶等装备中。
由霍尔元件构成的电流传感器采用非接触式测量，具有测量精度高、不必切断电路电流、测量的频率范围广(从零到几千赫兹)、本身几乎不消耗功率等特点。根据安培定律，在载流导体周围将产生一正比于该电流的磁场。用霍尔元件来测量这一磁场，可得到一正比于该磁场的霍尔电动势。通过测量霍尔电动势的大小来间接测量电流的大小。
由霍尔效应可知，当控制电流恒定时，霍尔电动势与磁感应强度成正比，假设磁感应强度与位置呈正比关系，则霍尔电动势与位置的变化（位移）也呈正比关系。通过霍尔电动势的大小就可以用来反映霍尔元件的位置。当霍尔元件在磁场中移动时，输出霍尔电动势的变化就反映了霍尔元件的位移量，用上述原理可对位移进行测量，制成位移、压力、流量等传感器。
1980年初，德国物理学家冯• 克利青（Klaus von Klitzing）在法国格勒诺布尔的强磁场实验室，测量金属—氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的霍尔电阻。他们发现在极低温1.5K和强磁场18T作用下，在二维体系的霍尔效应实验中，发现了一个与经典霍尔效应完全不同的现象：MOSFET的霍尔电阻并不随磁场强度的增大按线性关系变化，而是作如右图所示的台阶式变化。该现象被称为量子霍尔效应（quantized Hall resistance，QHE）这种电阻被称为量子霍尔电阻，具有如下的公式形式：
量子霍尔效应是当代物理学一个重大发现，冯·克里青因此获得 1985 年的诺贝尔物理学奖。冯·克里青发现的量子霍尔效应也被称为整数量子霍尔效应，之后科学家们在研究量子霍尔效应又发现了分数量子霍尔效应和量子反常霍尔效应。其中，量子反常霍尔效应具有极高的应用前景。因其不需要外置高强度电磁，完全由材料本身自发磁化形成，可用于新一代低能耗晶体管和电子学器件，突破摩尔定律的瓶颈。