6.2.磁阻效應(yīng)的研究

磁阻效應(yīng)的研究6.2磁阻效應(yīng)的研究磁阻器件由于靈敏度高、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(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛，如：數(shù)字式羅盤、交通車輛檢測、導(dǎo)航系統(tǒng)、偽鈔檢測、位置測量等。其中最典型的銻化銦（InSb）傳感器是一種價格低廉、靈敏度高的磁電阻，有著十分重要的應(yīng)用價值。實驗?zāi)康?測量銻化銦傳感器的電阻與磁感應(yīng)強度的關(guān)系。.作出銻化銦傳感器的電阻變化與磁感應(yīng)強度的關(guān)系曲線。.通過對磁阻效應(yīng)的研究，初步認識磁電阻的應(yīng)用價值。實驗儀器FD-MR-II型磁阻效應(yīng)實驗儀實驗原理一定條件下，導(dǎo)電材料的電阻值R隨磁感

應(yīng)強度B的變化規(guī)律稱為磁阻效應(yīng)。如圖1所示，當(dāng)半導(dǎo)體處于磁場中時，導(dǎo)體或半導(dǎo)體的載流子將受洛侖茲力的作用，發(fā)生偏轉(zhuǎn)，在兩端產(chǎn)生積聚電荷并產(chǎn)生霍耳電場。如果霍耳電場作用和某一速度載流子的洛侖茲力作用剛好抵消，那么小于或大于該速度的載流子將發(fā)生偏轉(zhuǎn)，因而沿外加電場方向運動的載流子數(shù)量將減少，電阻增大，表現(xiàn)出橫向磁阻效應(yīng)。若將圖1中a端和b端短路，則磁阻效應(yīng)更明顯。通常以電阻率的相對改變量來表示磁阻的大小，即用ap表示。其中。(0為零磁場時的電阻麗) p⑼率，設(shè)磁電阻在磁感應(yīng)強度為B的磁場中電阻率為p(B)，則Ap=p(B)-p(0)。由于磁阻傳感器電阻的相對變化率醺正比于R的相對變化率醺正比于R(0)，這里ar=R(B),R(0)，P(0)因此也可以用磁阻傳感器電阻的相對改變量AR來表示磁阻效應(yīng)的大小。R(0)

URd.I圖1磁阻效應(yīng)圖2所示為實驗電路連接原理圖，用于測量磁電阻的電阻值R與磁感應(yīng)強度B之間的關(guān)系。實驗證明，當(dāng)金屬或半導(dǎo)體處于較弱磁場中時，一般磁阻傳感器電阻相對變化率空正比R(0)于磁感應(yīng)強度B的平方，而在強磁場中”與磁R(0)感應(yīng)強度B呈線性關(guān)系。磁阻傳感器的上述特性在物理學(xué)和電子學(xué)方面有著重要應(yīng)用。如果半導(dǎo)體材料磁阻傳感器處于角頻率為3的弱正弦波交流磁場中，由于磁電阻相對變化量”正比于B2,則磁阻傳感器的電阻值RR(0)將隨角頻率23作周期性變化。即在弱正弦波交流磁場中，磁阻傳感器具有交流倍頻性能。若外界交流磁場的磁感應(yīng)強度B為B=B0COS3t

（1）式（1）中，B0為磁感應(yīng)強度的振幅，3為角頻率，t為時間。設(shè)在弱磁場中AR/R(0)=KB設(shè)在弱磁場中AR/R(0)=KB2(2)式（2）中，K式（2）中，K為常量。由式（1）和式（2）可R(B)=R(0)+AR=R(0)+R(0)X[AR/R(0)]=R(0)+R(0)KB02COSiR(0)KBiR(0)KB2COS23t=R(0)+1R(0)KB2+2 0(3)式（3）中，R（0）+1式0）KB2為不隨時間變化的電阻值，而iR(0)KB2cos23電阻值，而iR(0)KB2cos23t為以角頻率23作余弦變化的電阻值。因此，磁阻傳感器的電阻值在弱正弦波交流磁場中，將產(chǎn)生倍頻交流電阻阻值變化。圖2電路連接原理圖儀器簡介FD-MR-II型磁阻效應(yīng)實驗儀正面如圖3所示?！騀D-MR-11磁阻效應(yīng)實驗儀 °mA mV mT電麻餓宜源電流詼電流調(diào)節(jié) 數(shù)宇電壓定InSb電限調(diào)節(jié)壁將計調(diào)罌一開圖3實驗儀正面板圖4為該儀器連接面板示意圖，F(xiàn)D-MR-II型磁阻效應(yīng)驗儀包括直流雙路恒流電源、0-2V直流數(shù)字電壓表、電磁鐵、數(shù)字式毫特計（GaAs作探測器）、銻化銦（InSb）磁阻傳感器、電阻箱、雙向單刀開關(guān)及導(dǎo)線等組成。圖4FD-MR-II磁阻效應(yīng)實驗儀示意圖磁阻效應(yīng)測量儀器使用方法：.直流勵磁恒流源與電磁鐵輸入端相聯(lián)，調(diào)節(jié)輸入電磁鐵的電流大小，改變電磁鐵間隙中磁感應(yīng)強度的大小。.按圖2所示將銻化銦（InSb）磁阻傳感器與電阻箱串聯(lián)，并與可調(diào)直流電源相接，數(shù)字電壓表的一端連接磁阻傳感器電阻箱公共接點，另一端與單刀雙向開關(guān)的刀口處相連。.調(diào)節(jié)通過電磁鐵的電流，測量通過銻化銦磁阻傳感器的電流值及磁阻器件兩端的電壓值，求磁阻傳感器的電阻值R,求出AR與BR(0)的關(guān)系。實驗內(nèi)容與步驟1．在銻化銦磁阻傳感器電流或電壓保持不變的條件下，測量銻化銦磁阻傳感器的電阻與磁感應(yīng)強度的關(guān)系。作”與B的關(guān)系曲線，R(0)并進行曲線擬合。2.如圖5所示，將電磁鐵的線圈引線與正弦交流低頻發(fā)生器輸出端相接；銻化銦磁阻傳感器通以2.5mA直流電，用示波器觀察磁阻傳感器兩端電壓與電磁鐵兩端電壓形成的李薩如圖形，如圖6所示，證明在弱正弦交流磁場情況下，磁阻傳感器具有交流正弦倍頻特性。圖5觀察磁阻傳感器倍頻效應(yīng)電磁鐵分壓圖6李薩如圖形注意事項.實驗時注意GaAs和InSb傳感器工作電流應(yīng)小于3mA。.實驗時確保銻化銦磁阻傳感器電流或電壓保持不變的條件。思考題.什么叫做磁阻效應(yīng)？如何理解霍耳