Wydział: Inżynieria Lądowa	Dzień/godz.: Poniedziałek 14 - 17	Data: 20.10.2003	Nr zespołu: 22
Nazwisko i Imię	Ocena z przygotowania:	Ocena ze sprawozdania:	Ocena:
1.Otkałło Kamil 2.Puchacz Przemysław 3.Szyszka Tomasz	4 3,5 4,5
Prowadzący:		Podpis prowadzącego:

BADANIE EFEKTU HALLA

CEL ĆWICZENIA

Zbadanie zależności pomiędzy napięciem Halla , a iloczynem natężenia prądu sterującego lub napięcia przyłożonego do warstwy i indukcji magnetycznej

PODSTAWY FIZYCZNE

Działanie siły Lorentza na nośniki prądu, powoduje nie tylko pojawienie się siły elektrodynamicznej ale też napięcia poprzecznego zwanego napięciem Halla. Weźmy próbkę - prostopadłościan o bokach b, d, l. Przy założonych kierunkach prądu i pola magnetycznego, na dodatnie nośniki prądu działałaby FL ku ściance 1 - ta powierzchnia ładowana byłaby dodatnio (dla ujemnych nośników - ujemnie) tak długo aż powstałe poprzeczne pole elektryczne EH wytwarzające napięcie UH = EH b zrównoważyłoby siłę Lorentza FL działającą na nośniki.

Hallotron jest to niewielkiej grubości półprzewodnik naparowany na dielektryczne podłoże. Zaopatrzony jest w cztery elektrody. Nośnikami w hallotronie mogą być elektrony lub też dziury, co zależy od rodzaju naparowanego półprzewodnika. Bez znaczenia na znak ładunku elektron(-), dziura (+) działa tak samo skierowana siła Lorentza. Ładunki w wyniku działania tej siły odchylają się od kierunku wyznaczonego przez płynący prąd i zbierają się na bocznej powierzchni hallotronu, aż do momentu w którym działanie ich pola elektrycznego zniweluje działanie siły Lorentza. Obecność ładunków można wykryć w bardzo prosty sposób: zmierzyć napięcie U_h (napięcie Halla).

WYKONYWANE ĆWICZENIA

Do zbadania efektu Halla zbudowaliśmy obwód elektryczny według następującego schematu :

Następnie zbadaliśmy zależność pomiędzy wartością indukcji magnetycznej wytwarzanej przez elektromagnes (=B) a napięciem na hallotronie (=U_h) . Wyniki pomiarów przedstawiliśmy w poniższej tabeli i na wykresie .

Uh [ V ]	B [ T ]
0,02	0,033
0,024	0,048
0,032	0,059
0,037	0,073

Badanie asymetrii hallotronu.

Po zamknięciu obwodu woltomierz V_H wskazywał napięcie U_H zależne od natężenia prądu sterującego o natężeniu I_S także wówczas , gdy hallotron nie był umieszczony w polu magnetycznym elektromagnesu. Napięcie U_H było wynikiem asymetrii umieszczenia hallowskich elektrod lub niejednorodności naparowanej warstwy półprzewodnika (elektrody nie leżą w tej samej powierzchni ekwipotencjalnej pola powstającego w warstwie po przyłożeniu do niej napięcia).

Przeprowadziliśmy pomiar przy wyłączonym elektromagnesie :

Lp	1	2	3	4	5
Is (mA)	2,5	5,0	10,0	12,5	15,0
Uh (V)	0,0008	0,0011	0,0017	0,0019	0,0022

Następnie wykonaliśmy pomiary dla hallotronu umieszczonego w polu magnetycznym i znanej indukcji B.poprawic tabelki

Pomiar dla I_s=2A, B=1,54T

Pomiar dla I_s=3A, B=1,97T

Is (mA)	Uh (V)	U (V)
2,5	0,0386	0,303
5	0,679	0,596
7,5	0,1101	0,942
10	0,1498	1,279
12,5	0,1575	1,595
15	0,2256	1,903
Is (mA)	Uh (V)	U (V)
2,5	0,0248	0,296
5	0,0492	0,594
7,5	0,0756	0,913
10	0,1015	1,224
12,5	0,1258	1,511
15	0,1517	1,811

Pomiar dla I_s=1A, B=0,82T

Is (mA)	Uh (V)	U (V)
2,5	0,0119	0,0269
5	0,0250	0,575
7,5	0,0374	0,865
10	0,0506	1,170
12,5	0,0644	1,462
15	0,0754	1,800

Wyznaczenie znaku większościowego nośnika prądu.

Wiemy tylko że jest dodatni

Badanie proporcjonalności napięcia Halla Uh do natężenia prądu sterującego Is i spadku napięcia U na halotronie. Wyznaczenie koncentracji nośników n i ich ruchliwości  .

Aby wykonać to ćwiczenie zbudowaliśmy obwód według schematu :

Zmieniając natężenie prądu sterującego I_S badaliśmy zależność pomiędzy napięciem Hala, a natężeniem prądu sterującego oraz zależność pomiędzy napięciem Hala, a spadkiem napięcia U na Halotronie. Wyniki przedstawiliśmy w poniższej tabeli i na wykresach.

IS [mA]	U [V]	UH [V]
-11,07	1,695	21,8
-8,92	1,373	17,8
-7,47	1,154	15,0
-6,65	0,996	13,0
-5,33	0,875	11,5
-5,02	0,781	10,2
-4,52	0,705	9,2
-4,12	0,643	8,4
-3,78	0,590	7,8
-3,50	0,546	7,2
-3,25	0,507	6,7

Obliczamy współczynnik koncentracji ze wzoru:

W którym stosunek natężenia sterującego i napięcia halla można przedstawić za pomocą współczynnika kierującego a, korzystając z metody najmniejszych kwadratów według wzorów :

Których wynikiem jest

a=UH/IS=1,927649437 +/- 0,033872829

Podstawiając to do wzoru na n i wyliczając bład otrzymujemy

n=(1,06996+/- 0,079645)⋅10²¹

Chcąc wyliczyć ruchliwość postępujemy analogicznie ale do poniższego wzoru badamy zależność UH/U

a= UH/U=12,75443+/-0,042291

Podstawiając to do wzoru na μ i wyliczając bład otrzymujemy

μ=1545,991744 +/- 19,23001302- strasznie duzo

Pomiar rezystancji halotronu

Aby dokonać pomiaru rezystancji halotronu zbudowaliśmy obwód wg schematu

Dobraliśmy rezystancję opornicy w taki sposób aby oba woltomierze wskazywały to samo napięcie. Wówczas rezystancja opornicy równa jest rezystancji halotronu.

R=155 Ω

U=1,47 mV

Badanie magnetooporu.

Ćwiczenie to wykonaliśmy wykorzystując taki sam schemat jak w poprzednim doświadczeniu. Wpierw wyłączyliśmy pole magnetyczne i zmierzyliśmy rezystancje halotronu R_H, następnie pomiar dokonaliśmy przy włączonym. Teoretycznie rezystancja halotronu powinna wzrosnąć (spowodowane miało to być ruchem nośników w polu magnetycznym a wiec np. po okręgu ), jednak podczas naszego badania takiego efektu nie zaobserwowaliśmy. Nie wykryliśmy magnetooporu .

Wnioski

Przeprowadzone przez nas badanie potwierdziło tezę, ze napięcie Halla jest wprost proporcjonalne do iloczynu natężenia prądu sterującego lub napięcia przyłożonego do warstwy i indukcji magnetycznej.

Sformatowac tekst

---