專利名稱：一種定時保護(hù)霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是具有保護(hù)部件的霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)用的實(shí)驗(yàn)裝置，主要是導(dǎo)電材料中的 電流與磁場相互作用而產(chǎn)生電動勢的效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)用裝置，本實(shí)驗(yàn)裝置帶有自保護(hù)功能。
背景技術(shù)：
霍爾效應(yīng)是導(dǎo)電材料中的電流與磁場相互作用而產(chǎn)生電動勢的效應(yīng)。1879年美國 霍普金斯大學(xué)研究生霍爾在研究金屬導(dǎo)電機(jī)構(gòu)時發(fā)現(xiàn)了這種電磁現(xiàn)象，故稱霍爾效應(yīng)。后 來曾有人利用霍爾效應(yīng)制成測量磁場的磁傳感器，但因金屬的霍爾效應(yīng)太弱而未能得到實(shí) 際應(yīng)用。隨著半導(dǎo)體材料和制造工藝的發(fā)展，人們又利用半導(dǎo)體材料制成霍爾元件，由于它 的霍爾效應(yīng)顯著而得到實(shí)用和發(fā)展，現(xiàn)在廣泛用于非電量檢測、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(yīng)也是目前在研究中的“磁流體發(fā)電”的理論基礎(chǔ)。近年 來，霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)不斷有新發(fā)現(xiàn)。1980年原西德物理學(xué)家馮 克利青(K. Von Klitzing)研 究二維電子氣系統(tǒng)的輸運(yùn)特性，在低溫和強(qiáng)磁場下發(fā)現(xiàn)了量子霍爾效應(yīng)，這是凝聚態(tài)物理 領(lǐng)域最重要的發(fā)現(xiàn)之一。目前對量子霍爾效應(yīng)正在進(jìn)行深入研究，并取得了重要應(yīng)用，例如 用于確定電阻的自然基準(zhǔn)，可以極為精確地測量光譜精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)等。在磁場、磁路等磁現(xiàn)象的研究和應(yīng)用中，霍爾效應(yīng)及其元件是不可缺少的，利用它 觀測磁場直觀、干擾小、靈敏度高、效果明顯。因此在實(shí)驗(yàn)中得到廣泛的使用。目前的實(shí)驗(yàn)裝置大體采用如


圖1所示原理的結(jié)構(gòu)。其物理原理如下霍爾效應(yīng)從 本質(zhì)上講是運(yùn)動的帶電粒于在磁場中受洛侖茲力的作用而引起的偏轉(zhuǎn)。當(dāng)帶電粒子(電子 或空穴)被約束在固體材料中，這種偏轉(zhuǎn)就導(dǎo)致在垂直電流和磁場的方向上產(chǎn)生正負(fù)電荷 在不同側(cè)的聚積，從而形成附加的橫向電場。如右圖2所示，磁場B位于Z的正向，與之垂直的半導(dǎo)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(shè)載流子為電子(N型半導(dǎo)體材料)，它沿著與電流Is相 反的X負(fù)向運(yùn)動。由于洛倫茲力4的作用，電子即向圖中虛線箭頭所指的位于y軸負(fù)方向的B側(cè)偏 轉(zhuǎn)，并使B側(cè)形成電于積累，而相對的A側(cè)形成正電荷積累。與此同時運(yùn)動的電了還受到由 于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(dāng) 兩力大小相等(方向相反)時，& = _fE，則電子積累便達(dá)到動態(tài)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(yīng)的電勢差稱為霍爾電壓VH。設(shè)電子按均一速度廠向圖示的X負(fù)方向運(yùn)動，在磁場B作用下，所受洛倫茲力為 人=-e V B式中e為電于電量，F(xiàn)"為電子漂移平均速度，B為磁感應(yīng)強(qiáng)度。同時，電場作用于電子的力為fE = -eEH = -eVH/l式中&為霍爾電場強(qiáng)度，Vh為霍爾電壓，1為霍爾元件寬度當(dāng)達(dá)到動態(tài)平衡時，fL = ~fEVB = VH/ln)[0012]設(shè)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(quán)利要求1.一種定時保護(hù)霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)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(biāo)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(guān)，工作中切換電源； 霍爾元件； 其特征在于，還包括定時關(guān)閉控制部件，在規(guī)定時間間隔內(nèi)，斷開輸入電流； 復(fù)位控制部件，重置輸入，使定時關(guān)閉控制部件斷開的電源重新電性連接； 保護(hù)性連接端子，采用不同的接線方式區(qū)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(jié)構(gòu)不同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定時保護(hù)霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于 其中所用的霍爾元件是砷化鎵霍爾元件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的定時保護(hù)霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于接線端子結(jié)構(gòu)選自于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(jié)構(gòu)不同。
專利摘要本實(shí)用新型是一種具有保護(hù)部件的霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)用的實(shí)驗(yàn)裝置，主要是導(dǎo)電材料中的電流與磁場相互作用而產(chǎn)生電動勢的效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)用裝置，本實(shí)驗(yàn)裝置帶有自保護(hù)部件，采用保護(hù)性連接端子，采用不同的接線方式區(qū)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(jié)構(gòu)不同。還具有定時關(guān)閉控制部件，在規(guī)定時間間隔內(nèi)，斷開輸入電流；復(fù)位控制部件，重置輸入，使定時關(guān)閉控制部件斷開的電源重新電性連接；本實(shí)用新型的霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)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(yōu)先權(quán)日2010年10月27日
發(fā)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(xué)院