Izmantojiet Hall Effect mērījumus, lai raksturotu materiālus

RAMPS 1.4 - Hall Effect Sensor (Maijs 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Raksta Roberts Grīns

Inženieri izmantoja Hall efekta mērījumus, lai raksturotu materiālus, jo Edvins Halls atklāja šo fenomenu 1879. gadā. Hall efekts ir sprieguma ģenerēšana, ko sauc par holas spriegumu, materiāla paraugā, ja šis paraugs ir pakļauts kombinētai parauga magnētiskais lauks un parauga garumā esošā strāva (sk. 1. attēlu).

1. attēls - holas efekts

Elektronikas nozarē integrēto shēmu ražotāji un kristāla ražotāji izmanto Hall efekta mērījumus materiālu izpētē, ierīču izstrādē un ierīču ražošanā. Papildus zoles sprieguma mērīšanai uzņēmumi izmanto Hall efekta mērīšanas sistēmas, lai noteiktu diezgan daudzus materiālu parametrus, tostarp pārvadātāju mobilitāti, nesēju koncentrāciju (n), holas koeficientu (RH), pretestību, magnetoresistāciju ® un vadītspējas veidu (N vai P).

Nesenā interese par Hall efekta mērījumiem tiek virzīta uz nākamās paaudzes pusvadītāju meklēšanu, kas var pārvarēt izmēra un ātruma barjeras, ko rada silīcija bāzes materiāli. Mērķis ir palielināt pārvadātāju mobilitāti ar materiāliem, kas var radīt mazākus komponentus un samazināt siltuma izkliedi. Pastāv liela cerība, ka risinājums būs nanomateriāliem un atsevišķiem atomu slāņa kristāliem, piemēram, grafēnu vai grafēnu bāzes materiālu struktūrām. Lai raksturotu šo jauno materiālu īpašības, tai skaitā, analizējot pārvadātāju mobilitāti, ētera efekta mērījumi ir būtiski.

Pamatne Hall efekta mērīšanas sistēma, iespējams, ietver sekojošo:

Pastāvīgs strāvas avots. Zemu izturības materiālu paraugiem avotam jāspēj izvadīt no miliampiem līdz strāvas stiprinājumiem. Augstas izturības paraugos (piemēram, raksturīgajos pusvadītājos) konstanta strāvas avotam var būt jābūt tikpat zemam kā 1 nanoampam, bet kopumā pietiek ar avotu, kas spēj ražot no 10 microamps līdz 100 miliampītiem.

Augsts ieejas pretestības voltmetrs. Izmantotajam voltmetram jāspēj veikt precīzus mērījumus no 1 mikrovolīta līdz 100 V. Augstas izturības materiāli var prasīt ļoti lielu ievades Z vai diferenciālos mērījumus. Pastāvīgs magnēts vai elektromagnēts. Tās parasti ir pieejamas robežās no 500 līdz 5000 gauss.
Paraugu turētājs.

Atkarībā no lietojumprogrammas jūsu testa sistēma var ietvert arī citas iekārtas. Ieteicamais paņēmiens, lai iegūtu vislabākos kvalitātes mērījumus, ir nepieciešams veikt vairākus mērījumus vairākās parauga malās; tādēļ, lai droši iegādātos visus mērījumus, ieteicams pārslēgšanas matrica. Tā kā Hall mobilitāte ir atkarīga no parauga temperatūras, jūs varat vēlēties temperatūras mērīšanas zondi, kas spēj izšķirt 0, 1 ° C.
Mobilitātes mērīšana

Lai noteiktu pārvadātāju mobilitāti ( μH ), vispirms jānosaka zoles spriegums ( VH ), piespiežot gan paraugu perpendikulāri magnētiskajam laukam, gan arī caur paraugu. Nepieciešams arī precīzi izmērīt gan parauga biezumu ( t ), gan tā pretestību ( ρ ). Ar šiem pieciem parametriem ( B, I, VH, t, un ρ ) jūs aprēķināt Hall mobilitāti, izmantojot šādu formulu:

μH = | VHt | / BIr

2. attēls. Mērījuma konfigurācijas gan Hall efekta spriegumam (a), gan izturības mērīšanai (b). Izturības mērīšana tiek veikta bez magnētiskā lauka

Lai iegūtu rezultātus ar augstu uzticamību, iesakām veikt astoņus dažādus mērījumus. Jūs maināt avota pašreizējo polaritāti, avotu papildu termināļos un mainiet virzienu magnētiskajam laukam. Ja sprieguma rādījumi ievērojami atšķiras, ieteicams atkārtoti pārbaudīt testa iestatījumus, lai meklētu iespējamos kļūdu avotus.

Lai uzzinātu vairāk par šo tēmu, skatiet Keithley lietojumprogrammas piezīmi "Hall Effect Measurements in Materials", kas lejupielādējama no Keithley tīmekļa vietnes: //www.keithley.com/data?asset=55773.

Biogrāfiskā piezīme

Robert Green ir vecākais tirgus līderis Keithley Instruments, Cleveland, Ohio, kas ir daļa no Tektronix testēšanas un novērtēšanas portfeļa. Savas karjeras laikā Keitlijā Zaļais ir iesaistījies plaša instrumentu klāsta definēšanā un ieviešanā.

Viņam ir Cornell universitātes elektroiekārtu bakalaura grāds un elektrotehnikas maģistrs no Vašingtonas universitātes St Louisā, Misūri.

Saistītie elektriskie ceļveži un izstrādājumi

MEKLĒŠANA: raksti, programmatūra un ceļveži