Способ измерения неоднородности напряженности магнитного поля магнитоградиентным гальваномагниторекомбинационным датчиком

 

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