半導體材料磁電阻效應研究.doc

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1、半導體材料的磁電阻效應研究磁阻器件由于其靈敏度高、抗干擾能力強等優(yōu)點在工業(yè)、交通、儀器儀表、醫(yī)療器械、探礦等領域應用十分廣泛，女山數(shù)字式羅盤、交通車輛檢測、導航系統(tǒng)、偽鈔檢別、位置測量等探測器。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用十分普遍。銖化W（InSb）傳感器是一種價格低廉、靈敏度高的正常磁電阻，有著十分重要的應用價值。它可用于制造在磁場微小變化時測量多種物理量的傳感器。本實驗裝置結構簡單，實驗內容豐富，使用兩種材料的傳感器：H申化鐐（G

2、aAs）測量磁感應強度，研究銖化W（InSb）在磁感應強度變化時的電阻，融合霍爾效應和磁阻效應兩種物理現(xiàn)象，具有科學研究的前瞻性，特別適合大學物理實驗?！緦嶒瀮x器】磁阻效應實驗儀【實驗目的】1、了解磁阻現(xiàn)象與霍爾效應的關系與區(qū)別；2、了解并掌握FB512型磁阻效應實驗儀的工作原理與使用方法；3、了解電磁鐵勵磁電流和磁感應強度的關系及氣隙中磁場分布特性；4、測定磁感應強度和磁阻元件電阻大小的對應關系，研究磁感應強度與磁阻變化的函數(shù)關系?！緦嶒炘怼繄D1霍爾效應原理圖在一定條件下，導電材料的電阻值R隨磁感應強度B的變

3、化規(guī)律稱為磁阻效應。在該情況下半導體內的載流子將受洛侖茨力的作用，發(fā)生偏轉，在兩端產生積聚迫荷并產生霍爾電場。如霍爾電場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。因而沿外加電場方向運動的載流子數(shù)目將減少，電阻增大，表現(xiàn)出橫向磁阻效應。如果將圖1中A,B端短接，霍爾電場將不存在，所有電子將向A端偏轉，也表現(xiàn)出磁阻效應。通常以電阻率的相對改變量來表示磁阻4p/p（O）,為零磁場時的電阻率，Ap=p（B）—p（0）,而AR/R（0）ocAp/p（O）,其中AR=R（B）-R（

4、0）o通過理論計算和實驗都證明了磁場較弱時，一般磁阻器件的AR/R?）正比于B的兩次方，而在強磁場中△R/R（O）則為B的一次函數(shù)。當半導體材料處于弱交流磁場中，因為△R/R（O）正比于B的二次方，所以R也隨時間周期變化。AR/R（O）=k>B2假設電流恒定為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型磁阻效應實驗儀由測試儀和實驗儀二部分組成。圖2為FB512型磁阻效應實驗儀實體圖。圖2磁阻效應實驗儀主要技術參數(shù)：(1)勵磁電流：0?1000mA連續(xù)可調；(2)霍爾、磁阻傳感器工作電流0?5mA；傳感器水平位移范圍±20mm?！緦嶒瀮热荨?、測定勵磁電流和磁感應強度的關系：(1)測量勵磁電流町與5【的關系。

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

7、eOe@?escitu???

8、血19FB312型磁阻效應實驗儀枕州妙科儀氐有限公司li/kWA-圖3測量電磁鐵的磁化曲線連接圖(3)調節(jié)霍爾工作電流IH=5.00mA,預熱5分鐘后，測量霍爾傳感器的不等位電壓U°ul?8mVo然后再往右調節(jié)一維移動尺，使霍爾傳感器位置處于電磁鐵氣隙中心位置(即一維移動尺下面的“0”位指示線對準一維移動尺上面的“0”位再往左2mm位置),實戲驗儀面板上繼電器控制按鈕開關K]和K?均按下。分別調節(jié)勵磁電流為()、100、200、300、400、-1000mAo記錄對應數(shù)據(jù)并繪制電磁鐵磁化曲線。2、測量電磁鐵氣隙磁

9、場沿水平方向的分布:調節(jié)勵磁電流Im=500hiA,IH=5.00mA時，測量霍爾輸出電壓與水平位置X的關系。3、測量磁感應強度和磁阻變化的關系：(1)調節(jié)磁阻傳感器位置，使傳感器位于電磁鐵氣隙中心位置，把勵磁電流先調節(jié)為0,釋放K「K2,按下K3,K4打向上方。在無磁場的情況下，調節(jié)磁阻工作電流匚，使儀器數(shù)字式毫伏表顯示電壓U2=80Q0mV,記錄此時的J數(shù)值，此時按下