一種定時保護霍爾效應實驗裝置的製作方法

2023-12-08 09:48:16 2

專利名稱：一種定時保護霍爾效應實驗裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型是具有保護部件的霍爾效應實驗用的實驗裝置，主要是導電材料中的 電流與磁場相互作用而產生電動勢的效應的實驗用裝置，本實驗裝置帶有自保護功能。
背景技術：
霍爾效應是導電材料中的電流與磁場相互作用而產生電動勢的效應。1879年美國 霍普金斯大學研究生霍爾在研究金屬導電機構時發現了這種電磁現象，故稱霍爾效應。後 來曾有人利用霍爾效應製成測量磁場的磁傳感器，但因金屬的霍爾效應太弱而未能得到實 際應用。隨著半導體材料和製造工藝的發展，人們又利用半導體材料製成霍爾元件，由於它 的霍爾效應顯著而得到實用和發展，現在廣泛用於非電量檢測、電動控制、電磁測量和計算 裝置方面。在電流體中的霍爾效應也是目前在研究中的「磁流體發電」的理論基礎。近年 來，霍爾效應實驗不斷有新發現。1980年原西德物理學家馮 克利青(K. Von Klitzing)研 究二維電子氣系統的輸運特性，在低溫和強磁場下發現了量子霍爾效應，這是凝聚態物理 領域最重要的發現之一。目前對量子霍爾效應正在進行深入研究，並取得了重要應用，例如 用於確定電阻的自然基準，可以極為精確地測量光譜精細結構常數等。在磁場、磁路等磁現象的研究和應用中，霍爾效應及其元件是不可缺少的，利用它 觀測磁場直觀、幹擾小、靈敏度高、效果明顯。因此在實驗中得到廣泛的使用。目前的實驗裝置大體採用如


圖1所示原理的結構。其物理原理如下霍爾效應從 本質上講是運動的帶電粒於在磁場中受洛侖茲力的作用而引起的偏轉。當帶電粒子(電子 或空穴)被約束在固體材料中，這種偏轉就導致在垂直電流和磁場的方向上產生正負電荷 在不同側的聚積，從而形成附加的橫向電場。如右圖2所示，磁場B位於Z的正向，與之垂直的半導體薄片上沿X正向通以電流 Is (稱為控制電流或工作電流)，假設載流子為電子(N型半導體材料)，它沿著與電流Is相 反的X負向運動。由於洛倫茲力4的作用，電子即向圖中虛線箭頭所指的位於y軸負方向的B側偏 轉，並使B側形成電於積累，而相對的A側形成正電荷積累。與此同時運動的電了還受到由 於兩種積累的異種電荷形成的反向電場力4的作用。隨著電荷積累量的增加，&增大，當 兩力大小相等(方向相反)時，& = _fE，則電子積累便達到動態平衡。這時在A、B兩端面 之間建立的電場稱為霍爾電場Eh，相應的電勢差稱為霍爾電壓VH。設電子按均一速度廠向圖示的X負方向運動，在磁場B作用下，所受洛倫茲力為 人=-e V B式中e為電於電量，F"為電子漂移平均速度，B為磁感應強度。同時，電場作用於電子的力為fE = -eEH = -eVH/l式中&為霍爾電場強度，Vh為霍爾電壓，1為霍爾元件寬度當達到動態平衡時，fL = ~fEVB = VH/ln)[0012]設霍爾元件寬度為1，厚度為d，載流子濃度為n，則霍爾元件的控制(工作)電流 為Is = neVld⑵由⑴，(2)兩式可得
權利要求1.一種定時保護霍爾效應實驗裝置，包括 電源部件包括工作電流源和勵磁電流源； 電磁鐵模塊，與勵磁電流源電性連接提供磁場；二維移動標尺部件，控制霍爾元件與電磁鐵模塊的相對位置； 換向閘刀開關，工作中切換電源； 霍爾元件； 其特徵在於，還包括定時關閉控制部件，在規定時間間隔內，斷開輸入電流； 復位控制部件，重置輸入，使定時關閉控制部件斷開的電源重新電性連接； 保護性連接端子，採用不同的接線方式區分工作電流源和勵磁電流源，即工作電流源 和勵磁電流源的接線端子結構不同。
2.根據權利要求1所述的定時保護霍爾效應實驗裝置，其特徵在於 其中所用的霍爾元件是砷化鎵霍爾元件。
3.根據權利要求1或2所述的定時保護霍爾效應實驗裝置，其特徵在於接線端子結構選自於下述類型之一鱷魚夾，柱性插銷，魚口插頭，球形插銷，且工作電 流源和勵磁電流源的接線端子結構不同。
專利摘要本實用新型是一種具有保護部件的霍爾效應實驗用的實驗裝置，主要是導電材料中的電流與磁場相互作用而產生電動勢的效應的實驗用裝置，本實驗裝置帶有自保護部件，採用保護性連接端子，採用不同的接線方式區分工作電流源和勵磁電流源，即工作電流源和勵磁電流源的接線端子結構不同。還具有定時關閉控制部件，在規定時間間隔內，斷開輸入電流；復位控制部件，重置輸入，使定時關閉控制部件斷開的電源重新電性連接；本實用新型的霍爾效應實驗裝置布局分布合理、效率高且安全可靠。
文檔編號G09B23/18GK201927252SQ20102057829
公開日2011年8月10日 申請日期2010年10月27日 優先權日2010年10月27日
發明者張玉川, 柳玉召 申請人:中國人民解放軍防化指揮工程學院