Fizika fakulteti

3.3 Zaryadlaytuǵın tasıwshısı jıldamlıǵın ólshew

3. 3. 1 Zalni ámeldegi usılı

Hall effekti tekǵana Hall EMFni dástúriy ólshew menen, bálki Hall aǵımın anıqlaw arqalı da tekseriliwi múmkin. Xollning ámeldegi usılı sovet ilimpazları V. N. Dobrovolskiy hám Yu. I. Gritsenko tárepinen usınıs etilgen hám engizilgen. Bul usıl, zaryad tasıwshılardı Lorents kúshi tárepinen burılıp ketkende úlginde payda bolatuǵın elektr tokın ólshewge tiykarlanadı, bul bolsa Hall elektr maydanına uqsap Hall aǵımı dep ataladı.

§ 2. 2 de aytıp ótkeni sıyaqlı, aǵıs metall kontaktlarning tat basıwına alıp keletuǵın EMF Hall. Usınıń sebepinen úlginiń kontaktga jaqın regioninde zaryad tasıwshılarǵa tásir etiwshi kúshdıń magnit komponenti Xoll elektr maydan kúshliligi menen qoplanmaydi hám zaryad tasıwshılar uzunlamasına elektr maydanına salıstırǵanda belgili bir múyesh astında háreket qılıwadı. Hall elektr maydanı úlginiń úshlerindegi kontaktlar menen tolıq qısqartiriladi jáne onıń orta bóleginde maksimal bahaǵa iye. Elektr tokı, kerisinshe, úlginiń uchida maksimal hám ortada minimal boladı, sebebi Xoll maydanı zaryad tasıwshılarda Lorents kúshine keri jóneliste háreket etedi hám aǵımdıń transvers bólegin azaytadı. Kórinip turıptı, olda, úlgi qansha qısqa bolsa, ámeldegi elektrodlardıń manyovr tásiri sonshalıq kúshlilew boladı. Júdá qısqa úlgi ushın Hall maydanı tolıq qısqa tutasǵan hám zaryad tasıwshılar sırtqı elektr maydanına salıstırǵanda Lorens kúshi tásirinde Hall múyeshinde háreketlenedi. Xall maydanınıń metall elektrodları menen qısqa tutasuvi EMF hám Hall aǵımınıń úlginiń geometriyalıq ólshemleri qatnasına baylanıslılıǵın tiykar etedi hám geometriyalıq magnetoresistans tásirin anıqlaydı.

Forma : 3. 1 – yarım ótkezgish úlgisiniń modeli

Hall aǵımın esaplaymiz. Aqırǵı júzlerinde ohmik kontaktlari bolǵan tórtmuyushler p tipidagi yarım ótkezgish úlgisi B induksiyasi bolǵan magnit maydanǵa jaylastırilsin (3. 1-súwret). X, y hám z oqları boyınsha úlginiń ólshemleri uyqas túrde a, b hám w menen belgilenedi; úlgi júzleriniń koordinataları : x = ± a / 2;

Y = ± b / 2; z = ± w / 2. Magnit maydan z oǵı boylap jóneltirilgen; aǵıs IX úlgi arqalı oqadi,

Házirgi tıǵızlıq komponenti x, y, koordinatalardıń funktsiyası hám bir hil úlgindegi z den ózbetinshe bolıp tabıladı. Bolsın




Keyin úlgindegi aǵıs qısıqlıǵı

Biz hálsiz magnit maydan rmRV ushın ámeliy sheklew menen sheklenemiz «1. Shártler (3. 1) sonı ańlatadıki, úlgindegi elektr maydanı irratsional, zaryad tasıwshılar aǵımı turaqlı jáne boslıq zaryadı joq. Rot rot = j ni esaplab, biz Δj = 0 ni alamız, sol sebepli j ni tabıw máselesi Laplas teńlemesin Aj = O tarqatıp alıwge shekem azayadı ; y o'qi boylap aǵıs qısıqlıǵınıń strukturalıq bólegine qollanıladı

Úlginiń yon júzlerindegi shegara shártleri tómendegishe jazılıwı múmkin

Kórsetilgen sirtlarda normal aǵıs komponentiniń joq ekenligine sáykes keledi:

Sebebi Hall maydanı kontaktlar tárepinen tolıq qısqartirilgan. (3. 5) shárt, (3. 2) teńlemeni esapqa alǵan halda, jy ushın ańlatpa beredi

Ózgeriwshenlerdi ajıratıw usılın (3. 3) shegara shártleri (3. 4) hám (3. 5) bolǵan (3. 3) teńlemege qóllaw, y o'qi boylap aǵıs qısıqlıǵı ushın sheshim alıwǵa múmkinshilik beredi

(3.6)

ni x ga -a / 2 den a / 2 ge shekem birlestirib, biz y oǵına perpendikulyar bolǵan úlginiń hár qanday kesmasi arqalı ótetuǵın ulıwma aǵımdı tabamız :

Úlgi uzınlıǵınıń onıń keńligi a / b ga, sonıń menen birge y / b ga baylanıslı bolǵan ólshewsiz koefficiyentmi.

Házirgi 1 Y ańlatpasınan

ol koordinataǵa baylanıslılıǵı hám y = 0 de maksimal ekenligi kórinip turıptı, eger biz sheklengen jaǵdaylardı analiz qilsak: a >> b hám y = 0 ushın a << b. A >> b ushın

C (a / b; y = 0) funktsiya grafigi suwretde kórsetilgen. 3. 2. Formadan kórinip turıptı, olda. 3. 2, a >> b shárti ámelde qashannan berli> 2 b de, a << b shárti a / b <0. 3 te orınlanǵan. A << b jaǵdayında, yaǵnıy qısqa hám keń úlgi ushın elektr maydanı sońǵı kontaktlarning tat basıwına alıp tolıq jabıladı hám Xoll aǵımı tek Lorents kúshiniń magnit komponenti sebepli zaryad tasıwshılardıń búklemi nátiyjesinde payda boladı. A << b de Hall aǵımı (3. 3) teńlemeni echmasdan tabıladı, lekin (3. 2) teńlemede y = 0 ni aladı :

hám (3. 8) baylanıslar Xoll tokın ólshew nátiyjelerinen kópshilik zaryad tasıwshılardıń jıldamlıǵın anıqlaw ushın isletiledi. Zaryad tasıwshılardıń kontsentratsiyası tuwrısında maǵlıwmat alıw ushın Xoll tokın ólshewdi ótkezgishlik ólshewleri menen birge ótkeriw kerek.

Hall aǵımın ólshew ushın mólsherlengen sxemanı kórip shıǵıń

(súwret 3. 3).

Forma : 3. 2. Funktsiyalar grafigi forma. 3. 3. Sxema

(a / b; y = 0) zalı ámeldegi ólshewleri menen

Hall aǵımı aǵıs kontaktlari boylap oqadigan aǵıslardıń jıyındısına teń; onı aǵıs elektrodların ajıratıw hám aǵıs ólshew úskenelerin olardıń yarmlari ortasında jalǵaw arqalı ólshew múmkin. Sol sebepli Xoll tokın ólshew ushın úlginiń tiykarǵı ayrıqshalıqı sonnan ibarat, tok kontaktlaridan biri tar hám boslıq menen ajıratılǵan eki teń yarımı 2 hám 3 formasında ámelge asıriladı. Magnit maydan bolmasa, aǵıs IN kernew dereginen úlgi arqalı ótedi. Eger 2 hám 3 kontaktlari birdey bolsa hám R1 = Rt bolsa, olar ekvipotentsial bolıp tabıladı hám G galvanometrinen aǵıs bolmaydı. Galvanometr arqalı aǵıs ámeldegi bolǵanda, R1 hám R2 rezistorlarining qarsılıgın ózgertirip, onı nolǵa etkazishingiz múmkin. Galvanometr arqalı pútkil Hall aǵımı ótiwi hám ol menen ólsheniwi ushın galvanometrdiń qarsılıgı 2 hám 3 kontaktlari arasındaǵı úlgi maydanınıń qarsılıgınan hám R1 hám R2 qarsılıqlarınan talay tómen bolıwı kerek. Eger bul talaplar atqarılsa hám magnit maydan ámeldegi bolsa, galvanometr 0, 5 Iu ga teń aǵımdı kórsetedi. Tap sol aǵıs 1-pin arqalı ótedi.

Negizi, forma. 3. 3 – bul eki kópir qolı úlginiń eki yarımı, qalǵan ekewi bolsa R1 hám R2 rezistorlari tárepinen payda bolǵan kópir sxeması. Magnit maydan bolmaǵanda kópir teń salmaqlılıqlasadı hám eger ámeldegi bolsa, Hall aǵımı olshenedi. Galvanometr ornına ólshew máwsiminde turaqlı Voltaj kúsheytgishinen paydalanıw múmkin. Ózgermeytuǵın tok úlginen ótip ketkende, transformator kirisiw kúsheytgishi járdeminde qısqa tutasıw jaǵdayına ańsatǵana erisiw múmkin. Bul tómen qarsılıqqa iye bolǵan úlgilerde ólshewlerdi ámelge asırıwda júdá zárúrli bolıp tabıladı, onıń ushın kontaktlarning yarımı arasındaǵı qarsılıq júdá tómen bolıwı múmkin. Bunday halda, jaqın kontakt qatlamınıń sıyımlılıq qarsılıgı kishi bolıwı múmkin, usınıń menen olardıń kusheytiwi hám zaryad tasıwshılardıń quyilishi nátiyjesinde júzege keletuǵın kontaktlarning tásirin azaytadı. Ózgeriwshen tokda ólshew shınjırınıń bayqaǵıshlıǵın asırıw úlgindegi kernewdi kemeytiwge hám kontaktlarning xarakteristikası I – V dıń sızıqlı bóleginde ólshewlerdi ámelge asırıwǵa múmkinshilik beredi.

Hall ámeldegi usılı Hall EMF usılınan joqarı qarsılıqqa iye materiallarda ólshewlerdi ámelge asırıwǵa múmkinshilik beredi. Buǵan úlgindegi geometriyalıq ólshemlerdiń bunday qatnası járdem beredi, bunda onıń aǵıs kontaktlari arasındaǵı qarsılıgı Hall EMFni ólshewden tómen boladı. Kontaktlarning yarımı qásiyetleriniń bir az ayırmashılıǵı derlik joqarı qarsılıq úlgilerinde ólshew nátiyjelerine tásir etpeydi, EMFni ólshewde Hall kontaktlarini jaylastırıw daǵı kiyim-kenshek assimetriya olardıń zárúrli teńsizligin qáliplestiriwge alıp keledi, bul bolsa ólshewlerdi qıyınlastıradı. Úlginiń kesiminen ótetuǵın aǵıs tiykarǵı hám sirt komponentlerinen ibarat bolǵanlıǵı sebepli, bul bólimlerdi ajıratıw hám olardı bólek-bólek tekseriw múmkin boladı. Kórip shıǵılıp atırǵan usıldan paydalanıp, kanal uzınlıǵı boylap birdey bolmaǵan MIS strukturaları boylap zaryad tasıwshılardıń jıldamlıǵın bólistiriliwin úyreniw múmkin. Hall ámeldegi usılınıń abzallıqlarınan biri sonda, ol tasıwshın ustawda kem bayqaǵısh.

Hall ámeldegi usılınan paydalanıw ohmik kontaktlarning sapasına qoyılatuǵın qatań talaplar sebepli sheklengen. Buǵan qosımsha túrde, bul usıl baylanıs shawqımınıń tásirine tásir etedi, bul úlginiń uzunlamasına aǵımı oqadigan birdey kontaktlarning tat basıwına baylanıslı. Bul jaǵday, sonıń menen birge, kontaktlarning birdeyligi hám qarsılıgına bolǵan talaplardı aldınan belgilep beredi.