电子在电路中由于迁移导电,在半导体中由于扩散寻电不也受外电场影吗,怎么就没?

电子在电路中由于迁移导电,在半导体中由于扩散寻电不也受外电场影吗,怎么就没?,第1张

电子在电路中由于迁移导电,在半导体中由于扩散寻电是要受外电场影响的。

比如:霍尔元件就是使用这个原理制作而成的。霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器。霍尔效应是磁电效应的一种,这一现象是霍尔(A.H.Hall,1855—1938)于1879年在研究金属的导电机构时发现的。后来发现半导体、导电流体等也有这种效应,而半导体的霍尔效应比金属强得多,利用这现象制成的各种霍尔元件,广泛地应用于工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面。霍尔效应是研究半导体材料性能的基本方法。通过霍尔效应实验测定的霍尔系数,能够判断半导体材料的导电类型、载流子浓度及载流子迁移率等重要参数。

霍尔效应是一种磁电效应,是德国物理学家霍尔1879年研究载流导体在磁场中受力的性质时发现的.

根据霍尔效应,人们用半导体材料制成霍尔元件,它具有对磁场敏感、结构简单、体积小、频率响应宽、 输出电压变化大和使用寿命长等优点,因此,在测量、自动化、计算机和信息技术等领域得到广泛的应用.

通过该实验可以了解霍尔效应的物理原理以及把物理原理应用到测量技术中的基本过程.

当电流垂直于外磁场方向通过导体时,在垂直于磁场和电流方向的导体的两个端面之间出现电势差的现象称为霍尔效应,该电势差称为霍尔电势差(霍尔电压).

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【详细】 所谓霍尔效应,是指磁场作用于载流金属导体、半导体中的载流子时,产生横向电位差的物理现象.金属的霍尔效应是1879年被美国物理学家霍尔发现的.当电流通过金属箔片时,若在垂直于电流的方向施加磁场,则金属箔片两侧面会出现横向电位差.半导体中的霍尔效应比金属箔片中更为明显,而铁磁金属在居里温度以下将呈现极强的霍尔效应.

利用霍尔效应可以设计制成多种传感器.霍尔电位差UH的基本关系为

UH=RHIB/d(18)

RH=1/nq(金属) (19)

式中 RH——霍尔系数:

n——载流子浓度或自由电子浓度;

q——电子电量;

I——通过的电流;

B——垂直于I的磁感应强度;

d——导体的厚度.

对于半导体和铁磁金属,霍尔系数表达式与式(19)不同,此处从略.

由于通电导线周围存在磁场,其大小与导线中的电流成正比,故可以利用霍尔元件测量出磁场,就可确定导线电流的大小.利用这一原理可以设计制成霍尔电流传感器.其优点是不与被测电路发生电接触,不影响被测电路,不消耗被测电源的功率,特别适合于大电流传感.

若把霍尔元件置于电场强度为E、磁场强度为H的电磁场中,则在该元件中将产生电流I,元件上同时产生的霍尔电位差与电场强度E成正比,如果再测出该电磁场的磁场强度,则电磁场的功率密度瞬时值P可由P=EH确定.

利用这种方法可以构成霍尔功率传感器.

如果把霍尔元件集成的开关按预定位置有规律地布置在物体上,当装在运动物体上的永磁体经过它时,可以从测量电路上测得脉冲信号.根据脉冲信号列可以传感出该运动物体的位移.若测出单位时间内发出的脉冲数,则可以确定其运动速度.

具体如下:

1、磁电阻效应,是指对通电的金属或半导体施加磁场作用时会引起电阻值的变化。其全称是磁致电阻变化效应。

磁电阻效应可以表达为式中

(1)△ρ——有磁场和无磁场时电阻率的变化量;

(2)ρ0——无磁场时的电阻率;

(3)ρB——有磁场时的电阻率。

在大多数金属中,电阻率的变化值为正,而过渡金属和类金属合金及饱和磁体的电阻率变化值为负。半导体有大的磁电阻各向异性。利用磁电阻效应,可以制成磁敏电阻元件,其常用材料有锑化铟、砷化铟等。磁敏电阻元件主要用来构造位移传感器、转速传感器、位置传感器和速度传感器等。为了提高灵敏度,增大阻值,可把磁敏电阻元件按一定形状(直线或环形)串联起来使用。

2、 所谓巨磁阻效应,是指磁性材料的电阻率在有外磁场作用时较之无外磁场作用时存在巨大变化的现象。巨磁阻是一种量子力学效应,它产生于层状的磁性薄膜结构。

这种结构是由铁磁材料和非铁磁材料薄层交替叠合而成。当铁磁层的磁矩相互平行时,载流子与自旋有关的散射最小,材料有最小的电阻。当铁磁层的磁矩为反平行时,与自旋有关的散射最强,材料的电阻最大。


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