實驗題目：磁阻效應及磁阻傳感器的研究實驗目的：1 了解磁阻效應的基本原理及測量磁阻效應的方法2 測量銻化銦傳感器的電阻與磁感應強度的關系3 畫出銻化銦傳感器的電阻變化與磁感應強度的關系并進行相應的曲線和直線擬合4 學習用磁阻傳感器測量磁場的方法實驗原理：某些金屬或半導體的載流子在磁場中收到洛倫茲力，電阻值會隨外加磁場的變化而變化。這種效應稱為磁阻效應。橫向磁阻效應：當半導體處于磁場中時，導體或半導體的載流子將受洛侖茲力的作用，發生偏轉，在兩端產生積聚電荷并產生霍爾電場。如果霍爾電場作用和某一速度的載流子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作用的方向偏轉，而大于此速度的電子則沿相反方向偏轉，因而沿外加電場方向運動的載流子數量將減少，即沿電場方向的電流密度減小，電阻增大，也就是由于磁場的存在，增加了電阻縱向磁阻效應：對于載流子的有效質量和弛豫時間與移動方向有關的情形，若作用力的方向不在載流子的有效質量和弛豫時間的主軸方向上，此時，載流子的加速度和漂移移動方向與作用力的方向不相同，也可引起載流子漂移運動的偏轉現象，其結果總是導致樣品的縱向電流減小電阻增加。磁阻大小的表示：用電阻率的相對改變表示/（0），因為/（0）正比于R/ R（0），所以用磁阻傳感器電阻相對改變量R/ R（0）表示磁阻大小實驗預期：外加磁場較弱時，電阻相對變化率R/ R（0）正比于磁感應強度B的二次方；隨磁場的加強，R/ R（0）與磁感應強度B呈線性函數關系；當外加磁場超過特定值時，R/ R（0）與磁感應強度B的響應會趨于飽和。實驗步驟：1、在銻化銦磁阻傳感器工作電流保持不變的條件下，測量銻化銦磁阻傳感器的電阻與磁感應強度的關系。作R/ R（0）與B的關系曲線，并進行曲線擬合。（實驗步驟由學生自己擬定，實驗時注意GaAs和InSb傳感器工作電流應調至1mA）。2、用磁阻傳感器測量一個未知的磁場強度，與毫特計測得的磁場強度相比較，估算測量誤差。實驗數據及數據處理實驗中保持Is=1.00mA得到的數據如下試驗數據：表格（一）IM mvB mT mvRR/ R（0）50200.8200.802010201.1201.10.001493620202.5202.50.008475130204.7204.70.019426640207.5207.50.033378250211.2211.20.051799760215.5215.50.0732111270221.1221.10.101112780226.7226.70.1289814290233.0233.00.16036158100240.3240.30.19671173110247.8247.80.23406188120256.4256.40.27689204130265.1265.10.32022219140274.4274.40.36653234150284.0284.00.41434249160294.3294.30.46564265170304.8304.80.51793280180315.7315.70.57221處理：在B0.12T時對磁阻變化率R/ R（0）與磁感應強度B進行曲線擬合結果如下圖y = a + b*xIntercept SlopeValueStandard ErrorValueStandard Error-0.339020.011815.044110.07574即R/ R（0）=5.4411B-0.33902 為了磁阻傳感器的了解測量誤差，用以下數據進行計算計算理論B mT時，由R/ R（0）判斷使用那一個函數表達式表格（二） mvRR/ R（0）實際B mT理論B mT誤差219.1219.10.091147768.611%279.1279.10.39044152.6134118%293.8293.80.46315167.414711.9%外加磁場反向時，得到的數據如下：表格(三）正向時IM mv反向時IM mvB mT mv反向時R值正向時R值9786-60208.1208.1215.5112101-70212.7212.7221.1127116-80217.5217.5226.7142131-90224.1224.1233.0158147-100229229240.3173161-110234.8234.8247.8分析：表格二中顯示誤差較大原因可能有：實驗過程中，按下切換開關后，磁阻電壓表的數字一直跳動變小，一段時間后才相對穩定。這說明測試架部分有相互影響。主要是工作電流切換繼電器、輸出信號切換繼電器。工作電流切換繼電器在霍爾元件和磁阻元件之間切換。當切換到測量磁阻電壓時，磁阻元件積累的電壓會慢慢減小，于是磁阻電壓表的示數就慢慢減小。故讀數時要盡量快。表格二中數據較小，可能是因為是等到穩定后才讀數導致的。此外，由表格一的數據，電阻為219.1時，磁場應該在60mT和70mT之間。77mT顯然有問題。反而理論值68.6mT更可信。誤差有可能來源于儀器的不穩定性。60215.570221.1思考題1、磁阻效應是怎樣產生的？磁阻效應和霍爾效應有何內部聯系？某些金屬或半導體的載流子在磁場中受到洛倫茲力而產生的。詳細說明見實驗原理部分。霍爾效應導致了金屬或半導體電阻增大的現象，表現為磁阻現象。霍爾效應是本質。2、實驗時為何要保持霍爾工作電流和流過磁阻元件的電流不變？這樣才能保證沿外加電場方向運動的載流子數量保持不變。磁阻電壓的變化單一由霍爾效應決定。排除了干擾。3、不同的磁場強度時，磁阻傳感器的電阻值與磁感應強度關系有何變化？磁場