半導(dǎo)體材料磁電阻效應(yīng)研究.doc

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1、半導(dǎo)體材料的磁電阻效應(yīng)研究磁阻器件由于其靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)在工業(yè)、交通、儀器儀表、醫(yī)療器械、探礦等領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛，女山數(shù)字式羅盤(pán)、交通車(chē)輛檢測(cè)、導(dǎo)航系統(tǒng)、偽鈔檢別、位置測(cè)量等探測(cè)器。磁阻器件品種較多，可分為正常磁電阻，各向異性磁電阻，特大磁電阻，巨磁電阻和隧道磁電阻等。其中正常磁電阻的應(yīng)用十分普遍。銖化W（InSb）傳感器是一種價(jià)格低廉、靈敏度高的正常磁電阻，有著十分重要的應(yīng)用價(jià)值。它可用于制造在磁場(chǎng)微小變化時(shí)測(cè)量多種物理量的傳感器。本實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容豐富，使用兩種材料的傳感器：H申化鐐（G

2、aAs）測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度，研究銖化W（InSb）在磁感應(yīng)強(qiáng)度變化時(shí)的電阻，融合霍爾效應(yīng)和磁阻效應(yīng)兩種物理現(xiàn)象，具有科學(xué)研究的前瞻性，特別適合大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)?！緦?shí)驗(yàn)儀器】磁阻效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?、了解磁阻現(xiàn)象與霍爾效應(yīng)的關(guān)系與區(qū)別；2、了解并掌握FB512型磁阻效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀的工作原理與使用方法；3、了解電磁鐵勵(lì)磁電流和磁感應(yīng)強(qiáng)度的關(guān)系及氣隙中磁場(chǎng)分布特性；4、測(cè)定磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁阻元件電阻大小的對(duì)應(yīng)關(guān)系，研究磁感應(yīng)強(qiáng)度與磁阻變化的函數(shù)關(guān)系?！緦?shí)驗(yàn)原理】圖1霍爾效應(yīng)原理圖在一定條件下，導(dǎo)電材料的電阻值R隨磁感應(yīng)強(qiáng)度B的變

3、化規(guī)律稱(chēng)為磁阻效應(yīng)。在該情況下半導(dǎo)體內(nèi)的載流子將受洛侖茨力的作用，發(fā)生偏轉(zhuǎn)，在兩端產(chǎn)生積聚迫荷并產(chǎn)生霍爾電場(chǎng)。如霍爾電場(chǎng)作用和某一速度的載流子的洛侖茨力作用剛好抵消，那么小于或大于該速度的載流子將發(fā)生偏轉(zhuǎn)。因而沿外加電場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)的載流子數(shù)目將減少，電阻增大，表現(xiàn)出橫向磁阻效應(yīng)。如果將圖1中A,B端短接，霍爾電場(chǎng)將不存在，所有電子將向A端偏轉(zhuǎn)，也表現(xiàn)出磁阻效應(yīng)。通常以電阻率的相對(duì)改變量來(lái)表示磁阻4p/p（O）,為零磁場(chǎng)時(shí)的電阻率，Ap=p（B）—p（0）,而AR/R（0）ocAp/p（O）,其中AR=R（B）-R（

4、0）o通過(guò)理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)都證明了磁場(chǎng)較弱時(shí)，一般磁阻器件的AR/R?）正比于B的兩次方，而在強(qiáng)磁場(chǎng)中△R/R（O）則為B的一次函數(shù)。當(dāng)半導(dǎo)體材料處于弱交流磁場(chǎng)中，因?yàn)椤鱎/R（O）正比于B的二次方，所以R也隨時(shí)間周期變化。AR/R（O）=k>B2假設(shè)電流恒定為I。，令B=B。coscot（其中k為常量），于是有:R(B)=R(0)+AR=R(0)+R(0)?ARR(0)=R(0)+R(0)?k??cos2cotCD二R(0)+丄R(0)?k?B：+丄R(0)?k?B：?cos2cot4^1,1,V(B)=I0>R

5、(B)=I0R(0)+-R(0)?k?B；+-I0?R(0)ek>B>cos2o)t(2)22=V(0)+V?cos2a)t由(1)式可知磁阻上的分壓為B振蕩頻率兩倍的交流電壓和一直流電壓的殼加。FB512型磁阻效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀由測(cè)試儀和實(shí)驗(yàn)儀二部分組成。圖2為FB512型磁阻效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀實(shí)體圖。圖2磁阻效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀主要技術(shù)參數(shù)：(1)勵(lì)磁電流：0?1000mA連續(xù)可調(diào)；(2)霍爾、磁阻傳感器工作電流0?5mA；傳感器水平位移范圍±20mm?！緦?shí)驗(yàn)內(nèi)容】1、測(cè)定勵(lì)磁電流和磁感應(yīng)強(qiáng)度的關(guān)系：(1)測(cè)量勵(lì)磁電流町與5【的關(guān)系。

6、(測(cè)量電磁鐵的磁化曲線)按圖3接線圖，把各相應(yīng)連接線接好(七根導(dǎo)線)，閉合電源開(kāi)關(guān)。IM=50QnA,KH=177mV/(mA>T)(2)安裝在一維移動(dòng)尺上的印刷電路板(焊接傳感器用)，左側(cè)的傳感器為霍爾傳感器神化鎮(zhèn)(GaAs),右側(cè)為鎖化ffl(InSb)磁阻傳感器。往左方向調(diào)節(jié)一維移動(dòng)尺，使霍爾傳感器在電磁鐵氣隙最外邊，離氣隙中心20mm左右。FB512型磁阻效應(yīng)實(shí)臉儀1AtI1??電?Q?■粽?出ttAtt4?x—>'‘…_一X—HQO@?罕竿o?AAR?1'/：2納出一eOe

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8、血19FB312型磁阻效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀枕州妙科儀氐有限公司li/kWA-圖3測(cè)量電磁鐵的磁化曲線連接圖(3)調(diào)節(jié)霍爾工作電流IH=5.00mA,預(yù)熱5分鐘后，測(cè)量霍爾傳感器的不等位電壓U°ul?8mVo然后再往右調(diào)節(jié)一維移動(dòng)尺，使霍爾傳感器位置處于電磁鐵氣隙中心位置(即一維移動(dòng)尺下面的“0”位指示線對(duì)準(zhǔn)一維移動(dòng)尺上面的“0”位再往左2mm位置),實(shí)戲驗(yàn)儀面板上繼電器控制按鈕開(kāi)關(guān)K]和K?均按下。分別調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流為()、100、200、300、400、-1000mAo記錄對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)并繪制電磁鐵磁化曲線。2、測(cè)量電磁鐵氣隙磁

9、場(chǎng)沿水平方向的分布:調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流Im=500hiA,IH=5.00mA時(shí)，測(cè)量霍爾輸出電壓與水平位置X的關(guān)系。3、測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁阻變化的關(guān)系：(1)調(diào)節(jié)磁阻傳感器位置，使傳感器位于電磁鐵氣隙中心位置，把勵(lì)磁電流先調(diào)節(jié)為0,釋放K「K2,按下K3,K4打向上方。在無(wú)磁場(chǎng)的情況下，調(diào)節(jié)磁阻工作電流匚，使儀器數(shù)字式毫伏表顯示電壓U2=80Q0mV,記錄此時(shí)的J數(shù)值，此時(shí)按下