巨磁阻效应实验报告
篇一:磁阻效应实验报告 近代物理实验报告
专业2011级应用物理学班级(2) 指导教师 彭云雄 姓名 同组人
实验时间 2013 年 12 月23 日实验地点 K7-108 实验名称 磁阻效应实验 一、实验目的 1、 2、 3、
4、 测量电磁铁的磁感应强度与励磁电流的关系和电磁铁磁场分布。 测量锑化铟传感器的电阻与磁感应强度的关系。 作出锑化铟传感器的电阻变化与磁感应强度的关系曲线。 对此关系曲线的非线性区域和线性区域分别进行拟合。
二、实验原理 图1磁阻效应原理 1
一定条件下，导电材料的电阻值R随磁感应强度B的变化规律称为磁阻效应。如图1所示，当半导体处于磁场中时，导体或半导体的载流子将受洛仑兹力的作用，发生偏转，在两端产生积聚电荷并产生霍耳电场。
如果霍耳电场作用和某一速度载流子的洛仑兹力作用刚好抵消，那么小于或大于该速度的载流子将发生偏转，因而沿外加电场方向运动的载流子数量将减少，电阻增大，表现出横向磁阻效应。若将图1中a端和b端短路，则磁阻效应更明显。通常以电阻率的相对改变量来表示磁阻的大小，即用Δρ/ρ(0)表示。其中ρ(0)为零磁场时的电阻率，设磁电阻在磁感应强度为B的磁场中电阻率为ρ(B)，则
Δρ=ρ(B)-ρ(0)。由于磁阻传感器电阻的相对变化率ΔR/R(0)正比于Δρ/ρ(0)，这里ΔR=R(B)-R(0)，因此也可以用磁阻传感器电阻的相对改变量ΔR/R(0)来表示磁阻效应的大小。
图2
图2所示实验装置，用于测量磁电阻的电阻值R与磁感应强度B之间的关系。实验证明，当金属或半导体处于较弱磁场中时，一般磁阻传感器电阻相对变化率ΔR/R(0)正比于磁感应强度B的平方，而在强磁场中ΔR/R(0)与磁感应强度B呈线性关系。磁阻传感器的上述特性在物理学和电子学方面有着重要应用。
2
如果半导体材料磁阻传感器处于角频率为ω的弱正弦波交流磁场中，由于磁电阻相对变化量ΔR/R(0)正比于B，则磁阻传感器的电阻值R将随角频率2ω作周期性变化。即在弱正弦波交流磁场中，磁阻传感器具有交流电倍频性能。若外界交流磁场的磁感应强度B为
B=B0COSωt (1)
(1)式中，B0为磁感应强度的振幅，ω为角频率，t为时间。 2设在弱磁场中 ΔR/R(0)=KB(2)
(2)式中，K为常量。由(1)式和(2)式可得 R(B)=R(0)+ΔR=R(0)+R(0)×[ΔR/R(0)] 22=R(0)+R(0)KB0COSωt 2
1212R(0)KB0+R(0)KB0COS2ωt (3) 22
1122(3)式中，R(0)+R(0)KB0为不随时间变化的电阻值，而R(0)KB0cos2ωt为以角频22=R(0)+
率2ω作余弦变化的电阻值。因此，磁阻传感器的电阻值在弱正弦波交流磁场中，将产生倍频交流电阻阻值变化。
三、实验仪器
HLD-MRE-II型磁阻效应实验仪:包括直流双路恒流电源、0-2V直流数字电压表、电磁铁、数字式毫特仪(GaAs作探测器)、锑化铟(InSb)磁阻传感器等组成。
四、实验内容和步骤 3
,( 测量电磁铁励磁电流IM与电磁铁气隙中磁感应强度B的关系(测量电磁铁磁化曲线)
1) 对准航空插头座缺口方向,用双头航空插头线连接实验装置和实验仪传感器接
口，传感器固定印板转出电磁铁气隙, (以减小电磁铁矽钢片残磁影响)，预热10分钟后调零毫特仪，使其显示0.0mT。
2) 连接电磁铁电流输入线，置传感器印板于电磁铁气隙中,将电磁铁通入电流，调
励磁电流变化依次为:0,100,200…800mA。记录励磁电流和电磁感应强度在表1中，并绘制电磁铁磁化曲线，
其中励磁电流IM=0时，B?0，表明电磁铁有剩磁存在。 请在这插入折线图
2.测量磁感应强度和磁电阻大小的关系
1)按图2所示将锑化铟(InSb)磁阻传感器与外接电阻(接线柱上已装电阻，也可外
接电阻箱)串联，并与可调直流电源相接，数字电压表的一端连接磁阻传感器和电阻(或电阻箱)公共接点，作为测量参考点，单刀双向开关可分别与串接电阻、磁电阻InSb切换，用于测量它们的端电压。
2)由测量磁阻传感器的电流及其两端的电压，求磁阻传感器的电阻R;调节通过电磁
铁的电流，改变电磁铁气隙中磁场，由毫特仪读出相应的 4
B，求出ΔR/R(0)与B的关系。作ΔR/R(0)与B的关系曲线，并进行曲线拟合。
一般地，可保持锑化铟磁阻传感器电流或电压不变的条件下，测量锑化铟磁阻传感器的电阻与磁感应强度的关系。(实验时注意GaAs和InSb传感器工作电流应<3m A)。本实验采用保持实验样品电流恒定的条件下，通过测量其端电压来计算其电阻值。
取样电流I取的确定可按如下方法:例如取样电阻标称值为300Ω，而经测量接线柱上外接取样电阻实际值为 R=298.9Ω，可调节电流，使电阻两端电压U=298.9mV;
则电流I取 =U298.9==1.00mA;R298.9 3)实验步骤
(a)如图2所示连接好导线。单刀开关向上接通测量外接电阻电压，根据取样电阻的阻值确定取样电流，调节InSb电流调节旋钮，使电压测量值为
U=300.0mV，则InSb磁电阻和外接电阻通入的电流为1.00mA, 单刀开关向下接通测量InSb磁电阻两端的电压时，因电流方向显示的电压为负值，记录数值时无须记录。
(b)实验样品固定印板置于电磁铁气隙中，电磁铁励磁电流调为0开始实验测量，此时的磁场很小，忽略不计，此时测得的电阻值为实验样品的R(0)，实验中可经常观测外接电阻两端电压是否变化来表明InSb电流的稳定情况。
5
实验记录表格如下: 请在这插入折线图
对ΔR/R与B关系曲线图的分析: 1、在B<60mT时:
令ΔR/R(0),kBn ，则ln(ΔR/R(0))=n lnB+lnk
用双对数坐标纸经直线拟合后得:n,1.97，可知在B<0.06T时磁阻变化率ΔR/R(0)
2与磁感应强度B近似成二次函数关系。在B<60mT时，拟合得到 ΔR/R(0)=29.2B
2、B>120mT时:
n1令ΔR/R(0),k1B，则ln(ΔR/R(0))=n1 lnB+lnk1
用双对数坐标纸经直线拟合后得:n1=0.8，可知在B>0.12时磁阻变化率ΔR/R(0)与磁感应强度B近似成一次函数关系。在B>0.12T时，拟合得到 ΔR/R(0)=1.72B+0.14相关系数 r=0.9996
五、注意事项
锑化铟磁阻传感器作为半导体材料温度系数较大，即对温度变化很敏感，所以实验时下列因素会影响实验数据:
1、 实验室环境温度 2、 电磁铁的温升 3、 锑化锢的工作电流
故经测量在不同的室温条件下其常态电阻差异性很大;为 6
巨磁阻效应实验报告
