Paragraf 通過開發首款量產霍爾效應傳感器，利用了“神奇材料”的眾多特性，開創了石墨烯電子行業的先河。

這些特性到底是什么?利用可用于構建電子設備的傳統技術，存在哪些需求來鼓勵制造商轉向石墨烯?事實上，石墨烯在許多特性方面都優于現有的電子材料，其中許多特性如下。

傳統霍爾傳感器材料有哪些?

傳統上，半導體器件(包括霍爾傳感器)采用硅作為主要導電元件。硅是電子領域最豐富、最重要的半導體材料。

近年來，人們開發了一系列先進材料來提高霍爾傳感器等半導體器件的性能。這些材料包括砷化鎵(GaAs)、砷化銦(InAs)和銻化銦(InSb)。

石墨烯的物理特性如何比較?

導電性

盡管硅是世界上最知名和最廣泛使用的半導體，但它的電子遷移率卻處于中低范圍(~1,000 cm2/(V·s))。相比之下，化合物半導體材料具有極高的電子遷移率——InSb 的電子遷移率高達 80,000 cm2/(V·s)。石墨烯的遷移率有可能達到超過 100,000 cm2/(V?s)。

結論：石墨烯的導電性優于硅，與復合材料相當。

功率要求

與其他半導體材料相比，硅器件需要相對較高的電流來工作。石墨烯和復合材料的電子遷移率得到改善，使其能夠以低于硅的 60% 的電力需求運行。

結論：同樣，石墨烯的優點與復合材料相當，并且優于硅。

靈敏度

硅霍爾傳感器的靈敏度通常約為 0.06 V/VT(伏特/特斯拉)。復合傳感器已經實現了比硅更高的靈敏度測量——在GaAs的情況下，通常高達0.3 V/VT。通過改進沉積工藝，Paragraf 即將生產出與 GaAs 靈敏度相匹配的傳感器。

結論：石墨烯傳感器擁有比硅傳感器更高的靈敏度，并且對復合材料至少具有相同的靈敏度，并將進一步的改進。

熱響應

硅傳感器在環境溫度下運行良好，但在極端溫度下無法獲得一致的結果。某些復合傳感器設計用于高溫或低溫應用，但很難保持其線性度。換句話說，當磁場強度的大幅變化與極端溫度同時發生時，這些傳感器就失去了繼續提供精確磁場測量的能力。

石墨烯的二維結構使其在極端溫度下具有令人印象深刻的堅固性。Paragraf的低溫傳感器已實現低至 mK 溫度的操作，同時保持高達 30T 的線性度。

結論：石墨烯的熱穩健性使其成為寬溫度范圍內的穩健性解決方案。

雜散場

由于存在多個電子設備、電線、移動部件等，幾乎所有采用霍爾傳感器的環境都會充滿磁場。當非預期的場與傳感元件相交時，這些場會在傳感器的讀數中產生噪聲。傳感器的讀數。硅傳感器和復合傳感器中的傳感元件都包含厚度元件，增加了傳感器拾取的雜散場的數量。

由于石墨烯的二維結構，垂直于傳感元件的交叉雜散場的數量大大減少。就產生了一個更清晰的磁場測量結果。

結論：石墨烯傳感器比硅傳感器和復合霍爾傳感器能產生更清潔、更準確的磁場測量，因為它不易受雜散場影響。

石墨烯霍爾傳感器還有商業利益嗎?

成本效益

硅是地球上最豐富的元素之一，幾十年來一直在電子應用中使用。因此，硅霍爾傳感器的制造相對簡單且便宜。

生產具有多個元件的傳感元件是一個復雜的過程。這些元件的數量和成本各不相同，并且以正確的布置組裝它們以產生有效的傳感器需要一定的成本。通常，與砷化鎵一樣，其中一些元素具有毒性——需要昂貴的安全和處置程序，從而導致成本增加。

石墨烯只是碳原子的排列。碳也是世界上最豐富的元素之一。雖然它在電子設備中的應用不如硅廣泛，但規模化生產的機會使其可能與硅一樣具有成本效益。

結論：與復合材料相比，石墨烯在成本效益方面具有優勢。一旦其使用變得更加廣泛，就有可能與硅持平。

現有供應鏈生態系統的可擴展性

如上所述，用于構建霍爾傳感器和其他硅半導體器件的基礎設施和流程已經很完善。這些設備已經大規模生產，因此增加供應始終是可能的。復合材料制造工藝的復雜性限制了其可擴展性。

石墨烯是電子領域相對較新的材料。Paragraf 的專利沉積工藝正在通過使用標準半導體工藝制造設備來釋放石墨烯的縮放潛力。因此，現有的硅器件生態系統可以很容易地適應石墨烯電子器件。

結論：硅的可擴展性仍然優于其競爭對手，但石墨烯的可擴展性潛力顯而易見。

總結

在所有的物理特性中，石墨烯傳感器均優于硅傳感器。商業特性中硅占據了主導地位，但石墨烯有可能持平甚至超越硅的優勢。

石墨烯霍爾傳感器在上述的三個特性中與復合傳感器相當，而在其他四個特性中超過了復合傳感器。

審核編輯：湯梓紅