霍尔传感器被誉为世界第三的传感器,是产量最大、市场份额最高的磁传感器,每年都有数以亿计的霍尔传感器被用于消费电子、工业自动化、汽车电子、医疗卫生系统、航空航天和军事等领域。霍尔传感器芯片主要由两部分组成:霍尔盘和后端电路。作为磁信号感知元件,霍尔盘的选取与设计会直接影响霍尔传感器性能。身为第二代半导体,砷化镓霍尔盘拥有比硅霍尔盘更优异的灵敏度、温度和弱磁测量性能。随着5G技术发展,国内出现多家砷化镓代工厂,因此,本阶段砷化镓霍尔传感器的研究具有重要意义。论文首先调研了霍尔传感器的市场与发展趋势;研究了JSSC中霍尔传感器芯片的技术发展、性能提升与创新应用;调研了近10年来,国内霍尔传感器芯片的主要发展以及国内外砷化镓霍尔传感器芯片的研究动态;总结了砷化镓霍尔传感器在弱磁测量、高灵敏度、高线性度和宽工作温度范围具有显著优势。接着,论文以霍尔盘为出发点,介绍了霍尔效应、水平型和垂直型的霍尔盘结构、水平型霍尔盘常见形状、电压模式和电流模式两种工作模式、常用性能参数、等效电路模型、制作材料以及主要应用等。然后,论文探索了砷化镓霍尔盘的有限元模型建立与内在物理机理表示;区分了霍尔迁移与迁移率随掺杂浓度和温度变化的数值模型;研究了表面态引起的费米能级钉扎效应,导致本设计中砷化镓霍尔盘沟道层变薄;探索了窄十字形霍尔盘形状对灵敏度的影响;生产了基于砷化镓工艺的窄十字形霍尔盘;比较了砷化镓霍尔盘测试结果与仿真结果;介绍了窄十字形霍尔盘的等效电路模型。最后,本文研究了砷化镓霍尔盘后端电路设计;探讨了其电路在PCB板上、pHEMT工艺上和硅基工艺上的优缺点;介绍了线性霍尔传感器和开关型霍尔传感器的电路框架;阐述了仪表放大器、自动调零放大器和斩波运算放大器的特点;并基于0.18μm BCD工艺搭建了轨到轨的运算放大器、PTAT电流源以及开关电容滤波器等。