Способ измерения неоднородности напряженности магнитного поля магнитоградиентным гальваномагниторекомбинационным датчиком

Способ измерения неоднородности напряженности магнитного поля магнитоградиентным гальваномагниторекомбинационным датчиком

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Способ измерения неоднородности напряженности .магнитного поля (МП) магнитоградиентным гальваномагниторекомбйнационным датчиком (МГД) заключается во взаимодействии термоградиентного магнитоконцентрационного и магнитоградиентного эффектов. Нагревают одну из боковых граней МГД, имеющую большую скорость поверхностной рекомбинации, а другую охлаждают. Уменьшением изменений падения напряжения на МГД при помещении его в МП поддерживают постоянной среднюю температуру МГД,увеличивают разность температур обеих граней МГД до достижения нулевого значения напряжения и определяют неоднородность МП из выражения ДН/Н, ехр .Т, . ( J/(, )- -ехр ,,Т(, )/(, где 4Н, Нд - неоднородность и напряженность МП; Т,Т - температуры на противоположных гранях МГД; Kg - константа Больцмана; Е - ширина запрещенной зоны полупроводника. Способ позволяет одним и тем же МГД измерять градиент напряженности и его относительную неоднородность. 2 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СО1.1ИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (19) (И) (59 4 6 01 К 33/06

/ л

1 Ъ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHQMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ! (21 ) 401 321 7/24-21 (22) 27.01.86 (46) 23.06.87. Бюл.11< 23 (71) Институт физики полупроводников

АН ЛитССР (72) А.М.Конин и А.П.Сащук (53) 621.317 ° 44(088.8) (56) Полупроводниковые преобразователи. Сер. "Электроника в полупроводниках"./Под ред. Пожеля Ю.К. Вильнюс, 1980, с.118. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ НЕОДНОРОДНОСТИ . НАПРЯЖЕННОСТИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ (57) Способ измерения неоднородности напряженности магнитного поля (МП) магнитоградиентным гальваномагниторекомбинационным датчиком (МГД} заключается во взаимодействии термоградиентного магнитоконцентрационного и магнитоградиентного эффектов. Нагревают одну из боковых граней МГД, имеющую большую скорость поверхностной рекомбинации, а другую охлаждают. уменьшением изменений падения напряжения на МГД при помещении его в MII поддерживают постоянной среднюю температуру МГД, увеличивают разность температур обеих граней МГД до достижения нулевого значения напряжения и определяют неоднородность MII из выражения Н/Н, = ехр Е /2К . T, (Т -Т )/(Т +Т, )-ехр Е /2К Т (Т -Т, }/(Т +Т< ), где йН, Н, — неоднородность и напряженность МП;

Т,Т< — температуры на противо- положных гранях МГД;

КБ — константа Больцмана;

Š— ширина запрещенной зоны

Ъ полупроводника.

Способ позволяет одним и тем же

МГД измерять градиент напряженности и его относительную неоднородность.

2 ил.,1318946 з и

G а.

« ".Рч+ Е1 р

np„+ р«А — К() «

50 (p(T ) - p(T ) )Н + nppH, (1) где hH = H(d) - Н(-d)

К() =

55 и +pJ (np„+ р!Мр) сТ, К 2и

Изобретение относится к области ,магнитных измерений и предназначено для измерения градиентов напряженности и относительной неоднородности магнитного поля.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей способа путем измерения градиента напряженности магнитного поля.

На фиг.l представлены перераспределения концентрации электронно-дырочных пар по сечению датчика с большими скоростями поверхностной рекомбинации в направлении силы Лоренца в однородном магнитном поле (кривая а) при наличии градиента магнитного поля (кривая b) а в неоднородном магнитном поле при наличии неоднородного разогрева датчика в направлении силы Лоренца (кривая с);

20 на фиг.2 - устройство для реализации предлагаемого способа.

Сущность способа состоит во взаимодействии термоградиентного магнито- 25 концентрационного и магнитоградиентного эффектов. При помещении полупроводникового магнитоградиентного датчика, выполненного в виде пластины с токовыми омическими контактами на торцах и имеющего области с повышенными скоростями поверхностной рекомбинации, в переменное магнитное поле, . градиент которого направлен по нормали к этим граням .из-за перераспределения электронно-дырочных пар (кривая фиг.l), происходит изменение сопротивления датчика. При наличии градиента температуры между этими боковыми гранями происходит дополнительное перераспределение концентрации электронно-дырочных пар (кривая фиг,l), которое нелинейным образом зависит от градиента температуры и магнитного поля, причем изменение электропроводимости или сопротивления образца в переменном магнитном поле от взаимодействия этих эффектов не зависит

Как видно из (l) изменение электропроводимости линейно зависит от Н и gН. Всегда можно выбрать .такие темТ, «+ T пературы Т и Т, (причем — — — — =

= Т,, Т, — средняя температура дат 6 „ чика), чтобы — — = О °

При этом аН n 1 „+ p y p(T ) - gg )

n p + p!!«p np (2) где концентрации n,р и подвижности р„ и в электронов и дырок определены при температуре Т,.

В качестве материала для магнитоградиентных датчиков обычно используются полупроводники с собственной проводимостью (n = р).

Поэтому для случая собственного полупроводника из (2) находим (3)

Е а так как n = n;exp(- — -),то окон(1) 2К Т чательно из (3) получаем йН Е (Т, - T )

Н„2К Т Т + Т,)

Еа(Т - Ti )

- exp-------------- (4)

2К Т (Т + Т, 1 где Š— ширина запрещенной зоны.

Устройство,для реализации предлагаемого способа (фиг.2) содержит магниточувствительный датчик 1, подключенный своими токовыми контактами 2 и 3 через ограничительный резистор 4 к источнику 5 тока, индикатор 6 напряжения, подключенный через фильтр 7 к магниточувствительному датчику 1 °

К поверхностям 8 и 9 магниточувствительного датчика подсоединены термопары !О и 11, которые подключены к измерительным приборам 12 и 13. Поверхности 8 и 9 магниточувствительного датчика находятся в тепловом контакте с радиаторами 14 и 15, один из которых является нагревателем и подключен к источнику 16 тока, а другой, через который течет вода или циркулирует охлажденный азотом воздух, является охладителем.

Измерения градиента напряженности магнитного поля и ее относительной неоднородности производятся следующим образом.

1318946

Т, и т<

К

Е

3

Магниточувствительный магнитоградиентный датчик, выполненный иэ электронного германия с удельным сопротивлением 40"Ом см, размерами

8 4 2 мм и большими скоростями поверхностной рекомбинации на его гранях, находящимися в тепловом контакте с радиаторами 14 и 15, помещают в переменное магнитное поле, градиент которого направлен по нормали к граням с большими скоростями поверхност.— ной рекомбинации, Измеряют изменение сопротивления датчика в неоднородном переменном магнитном поле при температуре Т = 320 К, которое оказалось

dR = 80 Ом, Далее, включая нагреватель и охладитель радиаторов 14 и 15, создают разность температур между гранями Т вЂ” Т, = 5 К, при этом сред20 няя температура датчика Т о 2

«(Т + Т) сохраняется такой же Т, 320 К. Измеряют изменение сопротивления датчика в магнитном поле. В случае его увеличения разворачивают о датчик вокруг своей оси на 180 так, чтобы изменение сопротивления в магнитном поле уменьшилось. Далее увеличивают разность температуры между . гранями датчика до величины Т вЂ” Т<

18 К, при которой изменение сопротивления датчика в неоднородном переменном магнитном поле становится равным.нулю. Измеряют температуры на противоположных гранях, которые оказались Т, = 311 К и Т = 329 К. Относительную неоднородность магнитного поля вычисляют rio формуле (4). Поскольку Е Ф = 0,675% а К б = 1,38« 40

«10 Дж/К; получаем дН/Н = 0,3.

Таким образом, использование пред-. лагаемого способа дает возможность одним и тем же магннточувствительным датчиком измерять как градиент напряженности, так и его относительную неоднородность, что расширяет функциональные возможности способа.

Формула изобретения

Способ измерения неоднородности напряженности магнитного поля магнитоградиентным гальваномагниторекомбинационным датчиком, включающий регистрацию изменения падения напряжения на датчике при помещении его в измеряемое поле, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью расширения его функциональных воэможностей, одну из боковых граней датчика, имеющих большую скорость поверхностной рекомбина" ции, нагревают, а другую охлаждают, поддерживают постоянной среднюю тем-. пературу датчика, увеличивают раз-.: ность температур этих граней до достижения нулевого значения изменения падения напряжения, а относительную неоднородность магнитного поля определяют из выражения

dH Е Т вЂ” Т вЂ” = ехр — -"- — — ——

Н 2КТ, Т +Т, Е Тт- Т<

-ехр--- — — — — —, 2КT Т + где d H, Н, — неоднородность и напряженность магнитного поля; температуры на противоположных гранях магнитоградиентного датчика; константа Больцмана; ширина запрещенной зоны полупроводника.

1318946 с

Составитель Г.Клитотехнис

Редактор А.Гратилло Техред М.Ходанич Корректор Г.Решетник

Заказ 2506/39

Тираж 730 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r,Óæãîðoä, ул.Проектная,4