Магниторезистивный эффект в проводниках

Гальваномагнитные преобразователи (ГМП) основаны на физических эффектах, возникающих в находящихся в магнитном поле твердых телах при движении в них заряженных частиц. В качестве измерительных преобразователей практическое при­менение получили главным образом полупроводниковые ГМП, основанные на исполь­зовании эффектов Холла и Гаусса. Эффект Холла заключается в возникновении поперечной разности потенциалов (ЭДС Холла) на боковых гранях пластины, а эф­фект Гаусса, или магниторезистивный эффект, проявляется в изменении электриче­ского сопротивления пластины. Оба эффекта обусловлены изменением траектории движения заряженных частиц в магнитном поле, возникают одновременно и свя­заны между собой так, что каждый из них приводит к ослаблению другого. Выбирая определенным образом конструкцию и состав материала преобразователя, можно усилить один из эффектов и ослабить другой, создавая, таким образом, преобразова­тели Холла, или магниторезистивные преобразователи. В магниторезистивных устройствах эффектом Холла можно пренебречь.

Например, в конструкции, представленной на рисунке, магнитное поле вызывает отклонение линий тока.

Рисунок 3.13 Механизм генерации разностного сигнала в результате магниторезистивного эффекта.

 

При этом возрастает ток через один из выходных дифференциальных электродов и убывает через другой. Значение сопротивления такого устройства определяется соотношением:

,                         (3.17)

где  угол Лоренца, соответствующий отклонению линий тока в образце.

Можно показать, что

,

 - эффективная подвижность носителей.

Степень проявления эффекта зависит от типа материала, количества примесей и наличия дефектов в структуре материала. С повышением температуры чувствительность преобразователя снижается. Для полупроводников эффект достигает максимального уровня при определенном соотношении концентраций электронов и дырок в веществе.

В упрощенном виде магниторезистивный эффект может быть описан функциональной зависимостью вида:  

   ,

где В – магнитная индукция;

    - подвижность электронов;

    n – показатель нелинейности функциональной зависимости;

    С – конструктивный параметр. 

Рисунок 3.14 Зависимость относительного изменения удельного сопротивления полупроводника от индукции магнитного поля при разных температурах: < < .

 

С целью повышения чувствительности применяют подмагничивание магниторезисторов постоянным магнитным полем для того, чтобы использовать крутой участок их рабочей характеристики. Максимальное изменение сопротивления может достигать 3%. Уровень нелинейности преобразователя  зависит от значения напряженности магнитного поля в материале.

В слабых полях: < 1,     n ≈ 2,

в сильных полях: > 1,    n ≈ 1.

 

⇐ Предыдущая23242526272829303132Следующая ⇒

Поделиться: