半导体材料磁电阻效应研究.doc

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1、半导体材料的磁电阻效应研究磁阻器件由于其灵敏度高、抗干扰能力强等优点在工业、交通、仪器仪表、医疗器械、探矿等领域应用十分广泛，女山数字式罗盘、交通车辆检测、导航系统、伪钞检别、位置测量等探测器。磁阻器件品种较多，可分为正常磁电阻，各向异性磁电阻，特大磁电阻，巨磁电阻和隧道磁电阻等。其中正常磁电阻的应用十分普遍。铢化W（InSb）传感器是一种价格低廉、灵敏度高的正常磁电阻，有着十分重要的应用价值。它可用于制造在磁场微小变化时测量多种物理量的传感器。本实验装置结构简单，实验内容丰富，使用两种材料的传感器：H申化镣（G

2、aAs）测量磁感应强度，研究铢化W（InSb）在磁感应强度变化时的电阻，融合霍尔效应和磁阻效应两种物理现象，具有科学研究的前瞻性，特别适合大学物理实验。【实验仪器】磁阻效应实验仪【实验目的】1、了解磁阻现象与霍尔效应的关系与区别；2、了解并掌握FB512型磁阻效应实验仪的工作原理与使用方法；3、了解电磁铁励磁电流和磁感应强度的关系及气隙中磁场分布特性；4、测定磁感应强度和磁阻元件电阻大小的对应关系，研究磁感应强度与磁阻变化的函数关系。【实验原理】图1霍尔效应原理图在一定条件下，导电材料的电阻值R随磁感应强度B的变

3、化规律称为磁阻效应。在该情况下半导体内的载流子将受洛仑茨力的作用，发生偏转，在两端产生积聚迫荷并产生霍尔电场。如霍尔电场作用和某一速度的载流子的洛仑茨力作用刚好抵消，那么小于或大于该速度的载流子将发生偏转。因而沿外加电场方向运动的载流子数目将减少，电阻增大，表现出横向磁阻效应。如果将图1中A,B端短接，霍尔电场将不存在，所有电子将向A端偏转，也表现出磁阻效应。通常以电阻率的相对改变量来表示磁阻4p/p（O）,为零磁场时的电阻率，Ap=p（B）—p（0）,而AR/R（0）ocAp/p（O）,其中AR=R（B）-R（

4、0）o通过理论计算和实验都证明了磁场较弱时，一般磁阻器件的AR/R©）正比于B的两次方，而在强磁场中△R/R（O）则为B的一次函数。当半导体材料处于弱交流磁场中，因为△R/R（O）正比于B的二次方，所以R也随时间周期变化。AR/R（O）=k>B2假设电流恒定为I。，令B=B。coscot（其中k为常量），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)式可知磁阻上的分压为B振荡频率两倍的交流电压和一直流电压的壳加。FB512型磁阻效应实验仪由测试仪和实验仪二部分组成。图2为FB512型磁阻效应实验仪实体图。图2磁阻效应实验仪主要技术参数：(1)励磁电流：0〜1000mA连续可调；(2)霍尔、磁阻传感器工作电流0〜5mA；传感器水平位移范围±20mm。【实验内容】1、测定励磁电流和磁感应强度的关系：(1)测量励磁电流町与5【的关系。

6、(测量电磁铁的磁化曲线)按图3接线图，把各相应连接线接好(七根导线)，闭合电源开关。IM=50QnA,KH=177mV/(mA>T)(2)安装在一维移动尺上的印刷电路板(焊接传感器用)，左侧的传感器为霍尔传感器神化镇(GaAs),右侧为锁化ffl(InSb)磁阻传感器。往左方向调节一维移动尺，使霍尔传感器在电磁铁气隙最外边，离气隙中心20mm左右。FB512型磁阻效应实脸仪1AtI1««电・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型磁阻效应实验仪枕州妙科仪氐有限公司li/kWA-图3测量电磁铁的磁化曲线连接图(3)调节霍尔工作电流IH=5.00mA,预热5分钟后，测量霍尔传感器的不等位电压U°ul・8mVo然后再往右调节一维移动尺，使霍尔传感器位置处于电磁铁气隙中心位置(即一维移动尺下面的“0”位指示线对准一维移动尺上面的“0”位再往左2mm位置),实戏验仪面板上继电器控制按钮开关K]和K?均按下。分别调节励磁电流为()、100、200、300、400、-1000mAo记录对应数据并绘制电磁铁磁化曲线。2、测量电磁铁气隙磁

9、场沿水平方向的分布:调节励磁电流Im=500hiA,IH=5.00mA时，测量霍尔输出电压与水平位置X的关系。3、测量磁感应强度和磁阻变化的关系：(1)调节磁阻传感器位置，使传感器位于电磁铁气隙中心位置，把励磁电流先调节为0,释放K「K2,按下K3,K4打向上方。在无磁场的情况下，调节磁阻工作电流匚，使仪器数字式毫伏表显示电压U2=80Q0mV,记录此时的J数值，此时按下