銻化銦磁阻特性測(cè)量實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、測(cè)量錦化錮片的磁阻特性一、實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介磁阻概念：材料的電阻會(huì)因外加磁場(chǎng)而增加或減少，電阻的變化量稱(chēng)為磁阻 （Magnetoresistance。物質(zhì)在磁場(chǎng)中電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象稱(chēng)為磁阻效應(yīng)。磁阻效 應(yīng)是185在由英國(guó)物理學(xué)家威廉湯姆森發(fā)現(xiàn)的。它在金屬中可以忽略，在半導(dǎo)體 中則可能由小到中等。從一般磁阻開(kāi)始，磁阻發(fā)展經(jīng)歷了巨磁阻（GMR）龐磁阻 （CMR）穿隧磁阻（TMR）、直沖磁阻（BMR和異常磁阻（EMR方磁阻應(yīng)用：目前，磁阻 效應(yīng)廣泛用于磁傳感、磁力計(jì)、電子羅盤(pán)、位置和角度傳感器、車(chē)輛探測(cè)、GPS1航、 儀器儀表、磁存儲(chǔ)（磁卡、硬盤(pán)）等領(lǐng)域。磁阻器件的特點(diǎn)：靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng) 在眾多的磁阻

2、器件中，睇化鈿（InSb）傳感器最為典型，它是一種價(jià)格低廉、靈敏度 高的磁阻器件，在生產(chǎn)生活應(yīng)用廣泛。磁阻分類(lèi)：若外加磁場(chǎng)與外加電場(chǎng)垂直，稱(chēng) 為橫向磁阻效應(yīng)；若外加磁場(chǎng)與外加電場(chǎng)平行，稱(chēng)為縱向磁阻效應(yīng)。一般情況下，縱 向磁感強(qiáng)度不引起載流子偏移，因此一般不考慮縱向磁阻效應(yīng)。實(shí)驗(yàn)原理如圖1所示，當(dāng)導(dǎo)電體處于磁場(chǎng)中時(shí)（電流方向與磁場(chǎng)方向垂直），導(dǎo)電體內(nèi)的 載流子將在洛侖茲力的作用發(fā)生偏轉(zhuǎn)，在兩端產(chǎn)生積聚電荷并產(chǎn)生霍爾電場(chǎng)。如 果霍爾電場(chǎng)作用和某一速度的載流子受到的洛侖茲力作用剛好抵消，則小于此速 度的電子將沿霍爾電場(chǎng)作用的方向偏轉(zhuǎn)，而大于此速度的電子則沿相反方向偏轉(zhuǎn)， 因而沿外加電場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)的載流

3、子數(shù)量將減少，即沿電場(chǎng)方向的電流密度減小，電 阻增大，也就是由于磁場(chǎng)的存在，增加了電阻，此現(xiàn)象稱(chēng)為磁阻效應(yīng)。如果將圖1中a、b短路，霍爾電場(chǎng)將不存在，所有電子將向 b端偏轉(zhuǎn)，使電阻 變得更大，因而磁阻效應(yīng)更明顯。因此，霍爾效應(yīng)比較明顯的樣品，磁阻效應(yīng)就小； 霍爾效應(yīng)比較小的，磁阻效應(yīng)就大。圖1磁阻效應(yīng)通常以電阻率的相對(duì)改變量來(lái)表示磁阻的大小，即用 A p / p (0)示。其中p (0)為零磁場(chǎng)時(shí)的電阻率，p (B訥在磁場(chǎng)強(qiáng)度為B時(shí)的電阻率，則A尸p (B) p (0 由于磁阻傳感器電阻的相對(duì)變化率 A R/RQ正比于A p / p)(0這里AR = R(B)R(0), R(0)、R(B)分別

4、為磁場(chǎng)強(qiáng)度為0和B下磁阻傳感器的電阻阻值。因此也 可以用磁阻傳感器電阻的相對(duì)改變量 A R/R(0)來(lái)表示磁阻效應(yīng)的大小。許多金屬、合金及金屬化合物材料處于磁場(chǎng)中時(shí)，傳導(dǎo)電子受到強(qiáng)烈磁散射作 用，使材料的電阻顯著增大，稱(chēng)這種現(xiàn)象為磁阻效應(yīng)。通常以電阻率的相對(duì)改變量 來(lái)表示磁阻，即? ?- ?,MR =?式中，？講口？盼別為有磁場(chǎng)和無(wú)磁場(chǎng)時(shí)的電阻率。在實(shí)際測(cè)量中,常用磁阻器件的磁電阻相對(duì)改變量A R/張研究磁阻效應(yīng),由于 A R/RE比于 A p /, p A R = R(B)- R(0),則?_ ? - ?0)?0)其中，R(B)是磁場(chǎng)為B時(shí)的磁電阻，R(0)為零磁場(chǎng)時(shí)的磁電阻。觀察圖2,不難

5、發(fā)現(xiàn)：電阻相對(duì)變化率正比于磁感應(yīng)強(qiáng)度B的二次方與磁感應(yīng)強(qiáng)度B呈線性函數(shù)關(guān)系，即:外加磁場(chǎng)較弱時(shí),?R o=KB2R外加磁場(chǎng)較強(qiáng)時(shí),?R-77= aB + bR三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1 .根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理，正確進(jìn)行實(shí)驗(yàn)連線;2 .線路連接好以后，檢流計(jì)調(diào)零；3 .調(diào)節(jié)睇化鈿片的位置，將其置于電磁鐵中的最強(qiáng)均勻磁場(chǎng)處；4 .選擇合適的電阻值并調(diào)節(jié)電橋平衡；5 .測(cè)量睇化鈿電阻與磁場(chǎng)強(qiáng)度之間的變化關(guān)系；6 .記錄數(shù)據(jù)，并處理實(shí)驗(yàn)結(jié)果。外加磁場(chǎng)較弱時(shí)，電阻相對(duì)變化率正比于磁感應(yīng)強(qiáng)度 B的二次方：?R= KB 2R求出磁場(chǎng)較弱時(shí)，對(duì)應(yīng)的二次系數(shù) Ko外加磁場(chǎng)較強(qiáng)時(shí)，與磁感應(yīng)強(qiáng)度B呈線性函數(shù)關(guān)系：?R=aB + b(6

6、)R求出磁場(chǎng)較強(qiáng)時(shí)，對(duì)應(yīng)的一次系數(shù) a和b。四、實(shí)驗(yàn)儀器測(cè)量睇化鈿片的磁阻特性實(shí)驗(yàn)裝置包括：霍爾測(cè)試儀、檢流計(jì)、電壓源、滑 線式電橋、霍爾實(shí)驗(yàn)儀、滑線變阻器、四線電阻箱、單刀開(kāi)關(guān)等，實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景如下圖 所示：實(shí)驗(yàn)主場(chǎng)景滑線變阻器:滑動(dòng)變阻器視圖滑動(dòng)片：可以左右拖動(dòng)滑動(dòng)片，粗調(diào)滑線變阻器在線路中的電阻值。微調(diào)按鈕：點(diǎn)擊或按下微調(diào)按鈕，微調(diào)滑線變阻器在電路中的電阻值。四線電阻箱:電阻箱視圖為電路提供一定大小的電阻，同時(shí)有分壓的功能，電阻箱上有六個(gè)不同檔位的 旋鈕，依次對(duì)應(yīng)0.1。檔、1Q檔、10Q檔、100。檔、1000Q檔、10000。檔。每 個(gè)旋鈕有9,共10個(gè)刻度值。左擊電阻箱上的旋鈕，旋鈕順時(shí)

7、針旋轉(zhuǎn)；右擊，旋鈕 逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。單刀開(kāi)關(guān):二的卅一單刀開(kāi)關(guān)視圖單刀開(kāi)關(guān)，控制電路的閉合。界面中有兩個(gè)開(kāi)關(guān)狀態(tài)按鈕，一個(gè)是閉合，一個(gè) 是斷開(kāi)。點(diǎn)擊閉合，開(kāi)關(guān)閉合，顯示閉合圖片；點(diǎn)擊斷開(kāi)，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，顯示斷開(kāi)圖 片。電壓源：電壓源視圖開(kāi)關(guān)按鈕：控制電壓源的開(kāi)關(guān)旋轉(zhuǎn)按鈕：調(diào)節(jié)電壓大小，左擊電壓減小，右擊電壓增大滑線式電橋:!?也式電僑 滑線式電橋視圖滑動(dòng)片：可以左右拖動(dòng)滑動(dòng)片，粗調(diào)滑動(dòng)片在線路中的位置，使檢流計(jì)達(dá)到平 衡。微調(diào)按鈕：點(diǎn)擊或按下微調(diào)按鈕，微調(diào)滑動(dòng)片在線路中的位置，使檢流計(jì)達(dá)到 平衡。檢流計(jì)：檢流計(jì)視圖本實(shí)驗(yàn)中，檢流計(jì)用來(lái)檢測(cè)電橋是否達(dá)到平衡。擋位旋鈕：檔位旋鈕主要起保護(hù)作用。檢流計(jì)使用前

8、必須把鎖扣撥向白點(diǎn)， 讓線圈能自由擺動(dòng)，實(shí)驗(yàn)完畢要把鎖扣撥向紅點(diǎn)，使線圈鎖定不動(dòng)。調(diào)零旋鈕：使用前，若指針的停點(diǎn)不指零，可以旋動(dòng)零位調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)零（左擊順時(shí)針，右擊逆時(shí)針）短路按鈕：當(dāng)檢流計(jì)的表針擺動(dòng)到停點(diǎn)時(shí)按下短路開(kāi)關(guān)，能使表針很快地停止 擺動(dòng)。電計(jì)按鈕：左擊進(jìn)行試觸操作，右擊則電計(jì)按鈕被按下?；魻枌?shí)驗(yàn)儀：通過(guò)鼠標(biāo)可調(diào)節(jié)睇化鈿片的位置,將其置于電磁鐵中的最強(qiáng)均勻磁場(chǎng)處（左擊向左移動(dòng)，右擊向右移動(dòng)）霍爾實(shí)驗(yàn)儀視圖霍爾測(cè)試儀：霍爾測(cè)試儀用于產(chǎn)生勵(lì)磁電流。紅色按鈕為測(cè)量選擇按鈕，彈起顯示控制電 流，按下顯示勵(lì)磁電流。鼠鼻U.fii 性琴白而霍爾測(cè)試儀視圖五、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)：在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，應(yīng)調(diào)節(jié)睇化

9、鈿片至均勻磁場(chǎng)處。同時(shí)測(cè)量按鈕要按下，確保 輸出為勵(lì)磁電流。實(shí)驗(yàn)難點(diǎn)：1 .惠斯通電橋的原理及使用。2 .數(shù)據(jù)處理。輔助功能介紹：界面的右上角的功能顯示框：當(dāng)在普通做實(shí)驗(yàn)狀態(tài)下，顯示實(shí)驗(yàn)實(shí)際用時(shí)、 記錄數(shù)據(jù)按鈕、結(jié)束實(shí)驗(yàn)按鈕、注意事項(xiàng)按鈕；在考試狀態(tài)下，顯示考試所剩時(shí)間的倒計(jì)時(shí)、記錄數(shù)據(jù)按鈕、結(jié)束考試按鈕、顯示試卷按鈕(考試狀態(tài)下顯示)、 注意事項(xiàng)按鈕。右上角工具箱：各種使用工具，如計(jì)算器等。右上角幫助和關(guān)閉按鈕：幫助可以打開(kāi)幫助文件，關(guān)閉按鈕功能就是關(guān)閉實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)儀器欄：存放實(shí)驗(yàn)所需的儀器，可以點(diǎn)擊其中的儀器拖放至桌面，鼠標(biāo) 觸及到儀器，實(shí)驗(yàn)儀器欄會(huì)顯示儀器的相關(guān)信息；儀器使用完后，則不允許

10、拖動(dòng)儀 器欄中的儀器了。提示信息欄：顯示實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的儀器信息，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容信息，儀器功能按鈕信 息等相關(guān)信息，按F1鍵可以獲得更多幫助信息。實(shí)驗(yàn)狀態(tài)輔助欄：顯示實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容信息(多個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容依次列出), 當(dāng)前實(shí)驗(yàn)內(nèi)容顯示為紅色，其他實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為藍(lán)色；可以通過(guò)單擊實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行實(shí) 驗(yàn)內(nèi)容之間的切換。切換至新的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容后，實(shí)驗(yàn)桌上的儀器會(huì)重新按照當(dāng)前實(shí)驗(yàn) 內(nèi)容進(jìn)行初始化。實(shí)驗(yàn)操作方法：(1)主窗口介紹成功進(jìn)入實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景窗體，實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的主窗體如下圖所示：(2)實(shí)驗(yàn)連線當(dāng)鼠標(biāo)移動(dòng)到實(shí)驗(yàn)儀器接線柱的上方，拖動(dòng)鼠標(biāo)，便會(huì)產(chǎn)生“導(dǎo)線”，當(dāng)鼠標(biāo) 移動(dòng)到另一個(gè)接線柱的時(shí)候，松開(kāi)鼠標(biāo)，兩個(gè)接線柱之間便產(chǎn)生一條導(dǎo)線，連

11、線成 功；如果松開(kāi)鼠標(biāo)的時(shí)候，鼠標(biāo)不是在某個(gè)接線柱上，畫(huà)出的導(dǎo)線將會(huì)被自動(dòng)銷(xiāo)毀, 此次連線失敗。根據(jù)實(shí)驗(yàn)電路圖正確連線，連線操作完成，如下圖所示： 實(shí)驗(yàn)儀器初始化1）檢流計(jì)調(diào)零線路連接完畢后，斷開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，打開(kāi)檢流計(jì)調(diào)節(jié)界面，按下檢流計(jì)的電計(jì)按 鈕，旋轉(zhuǎn)檢流計(jì)的檔位旋鈕至直接當(dāng)（白點(diǎn)所在位置），旋轉(zhuǎn)調(diào)零旋鈕，并觀察檢流 計(jì)的指針，當(dāng)檢流計(jì)的指針指向零點(diǎn)，調(diào)零成功。如下圖所示：2）滑動(dòng)變阻器雙擊打開(kāi)滑動(dòng)變阻器界面，調(diào)節(jié)至適當(dāng)位置。如下圖所示:3)滑線式電橋雙擊打開(kāi)滑線式電橋界面，調(diào)節(jié)至適當(dāng)位置。如下圖所示:(4)雙擊打開(kāi)電阻箱，調(diào)解電阻箱，選取合適的電阻值。如下圖所示: 雙擊打開(kāi)霍爾實(shí)驗(yàn)儀，調(diào)節(jié)

12、睇化鈿片至均勻磁場(chǎng)處，如下圖所示:(6)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流大小，電流每改變0.05A,調(diào)節(jié)滑線式電橋使電橋平衡，并記 錄L1的大小，填入實(shí)驗(yàn)表格。如下圖所示：依據(jù)惠更斯電橋的對(duì)應(yīng)比例關(guān)系，計(jì)算出睇化鈿電阻值及電阻變化率的值, 并填入實(shí)驗(yàn)表格。如下圖所示：根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算磁場(chǎng)較弱時(shí)的二次系數(shù)K;和磁場(chǎng)較強(qiáng)時(shí)，對(duì)應(yīng)的一次 系數(shù)a和b。如下圖所示：我用&廟第15占籥0 30觸35D糟。娛心科D隔陋0再如1 4外星桎時(shí)，聯(lián)片加電M射化率UlUtnH £比加晌強(qiáng)"i幅r次方AI/1 (4)=U91 ”也通»胞租相”*也* Air,tta. Jat福鹵AI.*KY攏總函&KgAhM苑:hHT” tPNl*t仆.1：