3 Разработка и испытание лабораторного стенда для изучения эффекта Холла
3.1 Конструкция лабораторного стенда для изучения физических принципов эффекта Холла
На основе теоретического поиска и анализа литературных источников разработан и изготовлен лабораторный стенд (рисунок 3.1) для изучения физических принципов эффекта Холла и определения некоторых параметров полупроводниковых материалов.
Лабораторный стенд включает в себя в едином конструкционном блоке гальваномагнитный преобразователь (датчик Холла), электромагнит, блоки питания для подачи тока электромагнита и датчика Холла, средства регулировки электрических параметров при работе схемы, цифровые измерительные приборы (вольтметр, амперметр). Стенд позволяет проводить лабораторные работы, объясняющие физические принципы эффекта Холла. В частности, представляется возможным проводить изучение зависимости ЭДС Холла в полупроводниковом образце от напряженности магнитного поля, определять удельное сопротивление образца (полупроводникового элемента датчика Холла), концентрацию носителей тока в полупроводнике и их подвижность.
Основные элементы лабораторного стенда:
ячейка Холла;
регулятор тока через ячейку Холла;
регулятор тока электромагнита;
милливольтметр для измерения ЭДС Холла и падения напряжения на ячейке;
миллиамперметр для измерения тока протекающего через ячейку Холла;
клеммы для подключения измерительных устройств;
блок питания;
Рисунок 3.1 – Внешний вид лабораторного стенда для изучения физических принципов эффекта Холла
Блок питания электромагнита выполнен по схеме обеспечивающей высокий коэффициент стабилизации и обеспечивает регулировку тока в пределах от 0,25 до 1,0 А и изменение индукции электромагнита В от 60 до 230 Тл. Электромагнит имеет 440 витков провода диаметром 0,355 мм с электрическим сопротивлением 4,8 Ом. Источник тока через ячейку Холла выполнен по схеме с ограничением тока и обеспечивает плавную регулировку от 0 до 6 мА.
Рисунок 3.2 – Структурная схема лабораторного стенда для изучения физических принципов эффекта Холла
В качестве основного элемента выбрана плоскопараллельная пластинка из германия с размерами: l = 1,5мм; b = 1 мм; d = 0,2мм (датчик Холла), помещенная в зазоре электромагнита.
На передней панели лабораторного стенда имеются стандартные клеммы для подключения измерительных устройств, а также на стенде расположены электрические ключи для отключения отдельных модулей схемы.
Все приведенные выше характеристики определяют технические возможности прибора, которые позволяет варьировать различные параметры работы и проводить измерения отдельных электрофизических характеристик. Например, при замкнутом ключе К1 можно измерит значение напряжения на полупроводниковом элементе при изменении силы тока, данное значение напряжения используется при расчете удельного сопротивления исследуемой германиевой пластины. В случае замыкания обоих ключей представляется возможным производить измерение ЭДС Холла, косвенно по этим значения рассчитываются значения концентрации носителей тока и их подвижность.