Устройство для измерения концентрации носителей заряда в проводящих материалах

Устройство для измерения концентрации носителей заряда в проводящих материалах

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕЕ1ИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА В ПРОВОДЯЩИХ МАТЕРИАЛАХ, содержащее источник магнитного поля, перпендикулярного исследуемому образцу, источник п ЙМ(-й„ тока, выход которого соединён с клеммами для подключения токовых выводов исследуемого образца, усилитель Холловского сигнала, вход которого соединен с клеммами для подключения потенциальных выводов последнего, датчик напряженности магнитного поля, регистрирующий прибор, отличающеес я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены дифференциальньи усилитель и функциональный преобразователь с показательной функцией преобразования, а источник тока выполнен регулируемым, причем входы дифференциального усилителя подключены к выходам усилителя Холловского сигнала и датчика напря (Л женности маг}штного поля, а выход к входу регистрирующего прибора и через функциональный преобразователь j к управляющему входу источника тока.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„,911„„1112316 1 ц С 01 R 29/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3601613/18-21 (22) 01.06.83 (46) 07.09.84. Бюл. М 33, (72) А.Ю. Ушаков и Н.Б. Радчук (71) Ленинградский ордена Ленина политехнический институт им. M.È. Калинина (53) 621.317.7(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 285073, кл. С 01 R 31/00, 1968.

2. Плешков В.Л. Автоматическое вычисление и запись температурных зависимостей коэффициента Холла.

II

Приборы и техника эксперимента", 1972, Р 4, с. 164-!66. (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

КОНЦЕНТРАЦИИ НОСИТЕПЕЙ ЗАРЯДА В ПРОВОДЯЩИХ ИАТЕРИАЛАХ, содержащее источник магнитного поля, перпендикулярного исслед е.юму образцу, источник тока, выход которого соединен с клеммами для подключения токовых выводов исследуемого образца, усилитель Холловского сигнала, вход которого соединен с клеммами для подключения потенциальных выводов последнего, датчик напряженности магнитного поля, регистрирующий прибор, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены дифференциальный усилитель и функциональный преобразователь с показательной функцией преобразования, а источник тока выполнен регулируемым, причем входы дифференциального усилите-.

Ю O ля подключены к выходам усилителя е

Холловского сигнала и датчика напряженности магнитного поля, а выход— к входу регистрирующего прибора и через функциональный преобразователь к управляющему входу источника тока.

1112316

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для использования при исследовании химических и физических свойств веществ. 5

Известно устройство для измерения концентрации носителей заряда в полупроводниковых материалах, содержащее последовательно включенные СВЧ генератор, ферритовый вентиль, измери- 10 тельную линию с турникетным сочлением, соленоид и селективный усилитель С13.

Недостаток устройства связан со зна. чительной конструктивной сложностью 15 из-за применения в нем измерительного тракта СВЧ.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения концентрации носителей заряда в про водящих материалах, содержащее источник магнитного поля, перпендикулярного исследуемому образцу, источник тока, выход которого соединен с клеммами для подключения токовых выводов исследуемого образца, усилитель Холловского сигнала, вход которого соединен с клеммами для подключения потенциальных выводов последнего, датчики напряженности магнитного поля и тока З0 через исследуемый образец, выходы которого подключены к входам блока умножения, синхронный детектор, сигнальный вход которого соединен с выходом усилителя Холловского сигнала, 35 а управляющий вход через фазосдвигающий блок — с выходом блока умножения, регистрирующие приборы в виде вольтметра ЭДС Холла и двухкоординатного самописца, входы которого подключены к выходам синхронного детектора и термопары Г2).

Известное устройство, обеспечивающее регистрацию ЭДС Холла, а также вычисление и запись постоянной Холла 45 при температурных исследованиях, дает возможность определять искомую концентрацию носителей заряда в образце лишь путем дополнительных трудоемких аналитических расчетов. Это отрица50 тельно сказывается на достоверности полученных результатов. Кроме того, при использовании известного устройства имеют место погрешности измерения, обусловленные ограниченным динамическим диапазоном вольтметра ЭДС

Холла.

Цель изобретения — повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения концентрации носит лей заряда в проводящих материалах, содержащее источник магнитного поля, перпендикулярного исследуемому образцу, источник тока, выход которого соединен с клеммами для подключения токовых выводов исследуемого образца, усилитель Холловского сигнала, вход которого соединен с клеммами для подключения потенциальных выводов последнего, датчик напряженности магнитного поля, регистрирующий прибор, введены дифференциальный усилитель и функциональный преобразователь с показательной функцией преобразования, а источник тока выполнен регулируемым, причем входы дифференциального усилителя подключены к выходам усилителя Холловского сигнала и датчика напряженности магнитного поля, а выход — к входу регистрирующего прибора и через функциональный преобразователь к правляющему входу источника тока.

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройства для измерения концентрации носите,лей заряда в проводящих материалах.

Устройство содержит источник магнитного поля (не показан), перпендикулярного исследуемому образцу 1, источник 2 тока, усилитель 3 Холловского сигнала, датчик 4 напряженности Н магнитного поля, регистрирующий прибор 5, дифференциальный усилитель 6 и функциональный преобразователь 7 с показательной функцией преобразования вида у = а " . Выход источника 2 тока соединен с клеммами для подключения токовых выводов исследуемого образца 1, вход усилителя 3 Холловского сигнала соединен с клеммами для подключения потенциальных выводов последнего, входы дифференциального усилителя 6 подключены к выходам усилителя 3 Холловского сигнала и датчика 4 напряженности Н магнитного поля, а выход — к входу регистрирующего прибора 5 и через функциональный преобразователь 7 к управляющему входу источника 2 тока.

Устройство работает следующим образом.

При протекании через образец 1, находящийся в магнитном поле, тока от источника 2, на его потенциальных

1112316

Составитель Л. Морозов

Редактор А. Мотыль Техред Л.Коцюбняк Корректор И. Муска

Заказ 6453/31 Тираж 710 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий ! 13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Э выводах образуется ЭДС Ч1 Холла, обратно пропорциональная концентрации N носителей заряда. Эта ЭДС усиливается усилителем 3, на выходе которого формируется напряжение U, поступающее на один из входов диф ференциального усилителя 6. На другой вход дифференциального усилителя 6 подается напряжение U с выхода дат- . чика 4 напряженности Й магнитного по-!и ля. Если напряжение 0 меньше напряжения 0, то выходной сигнал дифференциального усилителя 6 в конечном счете увеличивает ток на выходе источника 2 до тех пор, пока U не, сравняется с 0„. Если же напряжение

0 больше напряжения 0, то ток на выходе источника 2, наборот, уменьшается до наступления равенства 0> и 0 . Введение в устройство функционального преобразователя 7 не изменяет динамики процессов.. Можно показать, что при выбранной схеме построения устройства сигнал 0 на выходе дифференциального усилителя 6 и д на входе регистрирующего прибора 5 определяется как где o! — толщина образца 1 в направлении магнитного поля;

6 — заряд электрона; т — холл-фактор;

kg,

6 — параметр показательной функции преобразования преобразователя 7.

Таким образом, предлагаемое устройство в отличие от известных позво-. ляет определять искомую концентрацию беэ дополнительных аналитических расчетов, что исключает возможные ошибки и предопределяет высокую точность измерения. Логарифмическая форма представления информации, реализуемая с помощью функционального преобразователя 7, обеспечивает расширенный динамический диапазон измерения устройства, а также способствует повышению точности. Поскольку

ЭДС U Холла и напряжение U на выходе умножител» 3 являются также, как и напряжение U на выходе датчика 4, прямо пропорциональными напряженности Н магнитного поля, предлагаемое устройство в целом оказывается нечувствительным к ее изменению.

При необходимости в предлагаемом устройстве может быть использован регистрирующий прибор с линейной шкалой отсчета. В этом случае его следует подключать к выходу функционального преобразователя.