石墨烯与其他霍尔传感器材料相比如何

Paragraf 通过开发首款量产霍尔效应传感器，利用了“神奇材料”的众多特性，开创了石墨烯电子行业的先河。

这些特性到底是什么？利用可用于构建电子设备的传统技术，存在哪些需求来鼓励制造商转向石墨烯？事实上，石墨烯在许多特性方面都优于现有的电子材料，其中许多特性如下。

传统霍尔传感器材料有哪些？

传统上，半导体器件（包括霍尔传感器）采用硅作为主要导电元件。硅是电子领域最丰富、最重要的半导体材料。

近年来，人们开发了一系列先进材料来提高霍尔传感器等半导体器件的性能。这些材料包括砷化镓（GaAs）、砷化铟（InAs）和锑化铟（InSb）。

石墨烯的物理特性如何比较？

导电性

尽管硅是世界上最知名和最广泛使用的半导体，但它的电子迁移率却处于中低范围（~1,000 cm2/(V·s)）。相比之下，化合物半导体材料具有极高的电子迁移率——InSb 的电子迁移率高达 80,000 cm2/(V·s)。石墨烯的迁移率有可能达到超过 100,000 cm2/(V⋅s)。

结论：石墨烯的导电性优于硅，与复合材料相当。

功率要求

与其他半导体材料相比，硅器件需要相对较高的电流来工作。石墨烯和复合材料的电子迁移率得到改善，使其能够以低于硅的 60% 的电力需求运行。

结论：同样，石墨烯的优点与复合材料相当，并且优于硅。

灵敏度

硅霍尔传感器的灵敏度通常约为 0.06 V/VT（伏特/特斯拉）。复合传感器已经实现了比硅更高的灵敏度测量——在GaAs的情况下，通常高达0.3 V/VT。通过改进沉积工艺，Paragraf 即将生产出与 GaAs 灵敏度相匹配的传感器。

结论：石墨烯传感器拥有比硅传感器更高的灵敏度，并且对复合材料至少具有相同的灵敏度，并将进一步的改进。

热响应

硅传感器在环境温度下运行良好，但在极端温度下无法获得一致的结果。某些复合传感器设计用于高温或低温应用，但很难保持其线性度。换句话说，当磁场强度的大幅变化与极端温度同时发生时，这些传感器就失去了继续提供精确磁场测量的能力。

石墨烯的二维结构使其在极端温度下具有令人印象深刻的坚固性。Paragraf的低温传感器已实现低至 mK 温度的操作，同时保持高达 30T 的线性度。

结论：石墨烯的热稳健性使其成为宽温度范围内的稳健性解决方案。

杂散场

由于存在多个电子设备、电线、移动部件等，几乎所有采用霍尔传感器的环境都会充满磁场。当非预期的场与传感元件相交时，这些场会在传感器的读数中产生噪声。传感器的读数。硅传感器和复合传感器中的传感元件都包含厚度元件，增加了传感器拾取的杂散场的数量。

由于石墨烯的二维结构，垂直于传感元件的交叉杂散场的数量大大减少。就产生了一个更清晰的磁场测量结果。

结论：石墨烯传感器比硅传感器和复合霍尔传感器能产生更清洁、更准确的磁场测量，因为它不易受杂散场影响。

石墨烯霍尔传感器还有商业利益吗？

成本效益

硅是地球上最丰富的元素之一，几十年来一直在电子应用中使用。因此，硅霍尔传感器的制造相对简单且便宜。

生产具有多个元件的传感元件是一个复杂的过程。这些元件的数量和成本各不相同，并且以正确的布置组装它们以产生有效的传感器需要一定的成本。通常，与砷化镓一样，其中一些元素具有毒性——需要昂贵的安全和处置程序，从而导致成本增加。

石墨烯只是碳原子的排列。碳也是世界上最丰富的元素之一。虽然它在电子设备中的应用不如硅广泛，但规模化生产的机会使其可能与硅一样具有成本效益。

结论：与复合材料相比，石墨烯在成本效益方面具有优势。一旦其使用变得更加广泛，就有可能与硅持平。

现有供应链生态系统的可扩展性

如上所述，用于构建霍尔传感器和其他硅半导体器件的基础设施和流程已经很完善。这些设备已经大规模生产，因此增加供应始终是可能的。复合材料制造工艺的复杂性限制了其可扩展性。

石墨烯是电子领域相对较新的材料。Paragraf 的专利沉积工艺正在通过使用标准半导体工艺制造设备来释放石墨烯的缩放潜力。因此，现有的硅器件生态系统可以很容易地适应石墨烯电子器件。

结论：硅的可扩展性仍然优于其竞争对手，但石墨烯的可扩展性潜力显而易见。

总结

在所有的物理特性中，石墨烯传感器均优于硅传感器。商业特性中硅占据了主导地位，但石墨烯有可能持平甚至超越硅的优势。

石墨烯霍尔传感器在上述的三个特性中与复合传感器相当，而在其他四个特性中超过了复合传感器。