EAIiE	Imiona i Nazwiska: 1.Michał Hrapkowicz 2.Bartosz Drozd		Rok: I	Grupa: III		Zespół: 13
Pracownia fizyczna	Temat: Halotron					Numer ćwiczenia: 43
Data wykonania: 30 marzec 2001	Data oddania:	Zwrot do poprawy:		Data oddania:	Data zaliczenia		Ocena:

Cel ćwiczenia :

Cechowanie halotronu przy użyciu pola magnetycznego o znanej indukcji. Wykorzystanie halotronu do pomiaru przestrzennego rozkładu pola magnesu trwałego i cewki kołowej.

Wprowadzenie :

Zasada działania halotronu

Napięciem Halla nazywamy różnicę potencjałów powstającvą w przewodniku z prądem, umieszczonym w polu magnetycznym w kierunku prostopadłym do kierunku prądu i pola. W zjawisku Halla ujawnia się zależność makroskopowej wartości mierzalnejm jaką jest napięcie Halla, od znaku ładunku przepływającego przez przewodnik. Element elektroniczny wykorzystujący zjawisko Halla nazywamy halotronem.

Rysunej 1 przedstawia schemat działania halotronu. Na elektrony poruszające się z prędkością v działa siła Lorentza, która odchyla je w kierunku prostopadłym do kierunku ich prędkości, jak również do kierunku wektora indukcji magnetycznej . Wartość siły Lorentza wynosi , gdzie e oznacza ładunek elektronu, v średnią prędkośc ruchu elektronu w kierunku przeplywu prądu, B zaś wartość indukcji magnetycznej. Na skutak tego bok halotronu AC naładuje się ujemnie, a bok DG dodatnio. Powstaje więc różnica potencjałów między tymi bokami. Wytworzone pole elektryczne ma natężenie , gdzie U_H oznacza napięcie, a d szerokość warstwy przewodzącej. Siła działająca na nośniki prądu ze strony tego pola wynosi . Zwroty sił F_B i F_E są przeciwne, więc przemieszczanie się ładunków elektrycznych będzie trwało, dopóki siły te nie zrównoważą się, czyli

skąd

(1)

rys. 1. Zasada dziłania halotronu.

Średnią prędkość ruchu nośników o ładunku q można powiązać z gęstością prądu i koncentracją nośników n, czyli liczbą nośników prądu w jednostce objętości materiału halotronu

(2)

Ostatecznie wartośc napięcia Halla wynosi

(3)

Stałą materiałową nazywamy stałą Halla, natomiast cały współczynnik proporcjonalności stałą halotronu. Szczegółowy opis zjawiska Halla jest bardziej złożony, gdyż nośników prądu w metalach i półprzewodnikach nie można uważać za swobodne, ale nawet ten uproszczony model wskazuje, że :

- pomiar stałej Halla pozwala znaleźć koncentrację nośników prądu i ustalić, czy są nimi elektrony, czy dziury;

- ze wzrostem koncentracji nośników maleje napięcie Halla, więc efekt jest łatwiej wykrywalny w materiałach półprzewodnikowych niż w metalach.

Do budowy halotronów stosuje się półprzewodniki (najczęściej InAs) w postaci litych płytek lub warstw naparowanych na ceramiczne podłoże. Trudno jest przy tym zrealizować idealną symetrię warstwy półprzewodnika oraz metalowych doprowadzeń. Oporność warstwy półprzewodnika powoduje powstanie ciągego, proporcjonalnego do prądu I, spadku napięcia wzdłuż boków halotronu. Jeżeli doprowadzenia do woltomierza nie znajdują się na tym samym potencjale (prtzy braku pola), wtady powstaje dodatkowe napięcie U_r prporcjonalne do prądu halotronu. Mierzone napięcie wypadkowe wynosi

(4)

Charakterystyki halotronu idealnego (bez składnika ) i rzeczywistego przedstawia rysunek 2.

rys. 2. Charakterystyki halotronu : idealne - linia przerywana, rzeczywiste - linia ciągła.

Halotrony są wykorzystywane do pomiaru pola magnetycznego. Należy pamiętać, że halotron mierzy składową pola prostopadłą do powierzchni płytki halotronu.

---