8实验八锑化铟磁电阻传感器的磁阻特性测量和应用

实验报告85PB073210178 冯晨磁阻效应及磁阻传感器的特性研究【实验目的】1、了解磁阻效应的基本原理及测量磁阻效应的方法；2、测量锑化铟传感器的电阻与磁感应强度的关系；3、画出锑化铟传感器电阻变化与磁感应强度的关系曲线，并进行相应的曲线和直线拟合；4、学习用磁阻传感器测量磁场的方法。

【实验原理】磁阻效应是指某些金属或半导体的电阻值随外加磁场变化而变化的现象。

和霍尔效应一样，磁阻效应也是由于载流子在磁场中受到的洛仑兹力而产生的。

若外加磁场与外加电场垂直，称为横向磁阻效应；若外加磁场与外加电场平行，称为纵向磁阻效应。

磁阻效应还与样品的形状有关，不同几何形状的样品，在同样大小的磁场作用下，其电阻不同，该效应称为几何磁阻效应。

由于半导体的电阻率随磁场的增加而增加，有人又把该磁阻效应称为物理磁阻效应。

目前，磁阻效应广泛应用于磁传感、磁力计、电子罗盘、位置和角度传感器、车辆探测、GPS导航、仪器仪表、磁存储（磁卡、硬盘）等领域。

一定条件下，导电材料的电阻值R随磁感应强度B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尔电场。

如果霍尔电场作用和某一速度的载流子的洛仑兹力作用刚好抵消，则小于此速度的电子将沿霍尔电场作用的方向偏转，而大于此速度的电子则沿相反方向偏转，因而沿外加电场方向运动的载流子数量将减少，即沿电场方向的电流密度减小，电阻增大，也就是由于磁场的存在，增加了电阻，此现象称为磁阻效应。

如果将图1中U H短路，磁阻效应更明显。

因为在上述的情况里，磁场与外加电场垂直，所以该磁阻效应称为横向磁阻效应。

当磁感应强度平行于电流时，是纵向情况。

若载流子的有效质量和弛豫时间与移动方向无关，纵向磁感应强度不引起载流子漂移运动的偏转，因而没有纵向霍尔效应的磁阻。

而对于载流子的有效质量和弛豫时间与移动方向有关的情形，若作用力的方向不在载流子的有效质量和弛豫时间的主轴方向上，此时，载流子的加速度和漂移移动方向与作用力的方向不相同，也可引起载流子漂移运动的偏转现象，其结果总是导致样品的纵向电流减小电阻增加。

磁阻效应实验[概述]磁阻器件由于灵敏度高、抗干扰能力强等优点在工业、交通、仪器仪表、医疗器械、探矿等领域应用十分广泛，如：交通车辆检测，导航系统、伪钞检测、位置测量等。

其中最典型的锑化铟（InSb）传感器是一种灵敏度高的磁电阻，有着十分重要的应用价值。

[实验项目]1、理解磁阻效应、霍尔效应等概念。

2、掌握测量锑化铟传感器的电阻与磁感应强度的关系的一种方法。

3、作出锑化铟传感器的电阻变化与磁感应强度的关系曲线，并对此关系曲线的非线性区域和线性区域分别进行拟合。

[实验原理]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2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电阻的大小，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图1 磁阻效应对变化率ΔR/R（0）正比于ΔR=R（B）-R（0），因此也对变FD-MR-II 型磁阻效应实验仪，图2为该仪器示意图ρ/ρ（0），这里Δ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。

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。

[实验仪器]实验采用图2 FD-MR-II 磁阻效应实验仪FD-MR-II 型磁阻-2V 直流数字电压表、效应验仪包括直流双路恒流电源、0电磁铁、数字式毫特仪（GaAs 作探测器）、锑化铟（InSb）磁阻传感器、电阻箱、双向单刀开关及导线等组成。

磁阻传感器特性的测量操作流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。

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测量锑化铟片的磁阻特性一、实验简介磁阻概念：材料的电阻会因外加磁场而增加或减少，电阻的变化量称为磁阻(Magnetoresistance)。

物质在磁场中电阻率发生变化的现象称为磁阻效应。

磁阻效应是1857年由英国物理学家威廉·汤姆森发现的。

它在金属中可以忽略，在半导体中则可能由小到中等。

从一般磁阻开始，磁阻发展经历了巨磁阻(GMR)、庞磁阻(CMR)、穿隧磁阻(TMR)、直冲磁阻(BMR)和异常磁阻(EMR)。

磁阻应用：目前，磁阻效应广泛用于磁传感、磁力计、电子罗盘、位置和角度传感器、车辆探测、GPS导航、仪器仪表、磁存储(磁卡、硬盘)等领域。

磁阻器件的特点：灵敏度高、抗干扰能力强。

在众多的磁阻器件中，锑化铟(InSb)传感器最为典型，它是一种价格低廉、灵敏度高的磁阻器件，在生产生活应用广泛。

磁阻分类：若外加磁场与外加电场垂直，称为横向磁阻效应；若外加磁场与外加电场平行，称为纵向磁阻效应。

一般情况下，纵向磁感强度不引起载流子偏移，因此一般不考虑纵向磁阻效应。

二、实验原理如图1所示，当导电体处于磁场中时(电流方向与磁场方向垂直)，导电体内的载流子将在洛仑兹力的作用发生偏转，在两端产生积聚电荷并产生霍尔电场。

如果霍尔电场作用和某一速度的载流子受到的洛仑兹力作用刚好抵消，则小于此速度的电子将沿霍尔电场作用的方向偏转，而大于此速度的电子则沿相反方向偏转，因而沿外加电场方向运动的载流子数量将减少，即沿电场方向的电流密度减小，电阻增大，也就是由于磁场的存在，增加了电阻，此现象称为磁阻效应。

如果将图1中a、b短路，霍尔电场将不存在，所有电子将向b端偏转，使电阻变得更大，因而磁阻效应更明显。

因此，霍尔效应比较明显的样品，磁阻效应就小；霍尔效应比较小的，磁阻效应就大。

图1 磁阻效应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， ρ(B)为在磁场强度为B 时的电阻率，则Δρ = ρ(B) －ρ(0) 。

一、实验题目：磁阻效应及磁阻传感器的特性研究二、实验目的：1、了解磁阻效应的基本原理及测量磁阻效应的方法；2、测量锑化铟传感器的电阻与磁感应强度的关系；3、画出锑化铟传感器电阻变化与磁感应强度的关系曲线，并进行相应的曲线和直线拟合；4、学习用磁阻传感器测量磁场的方法。

三、实验原理：磁阻效应是指某些金属或半导体的电阻值随外加磁场变化而变化的现象。

和霍尔效应一样，磁阻效应也是由于载流子在磁场中受到的洛仑兹力而产生的。

若外加磁场与外加电场垂直，称为横向磁阻效应；若外加磁场与外加电场平行，称为纵向磁阻效应。

磁阻效应还与样品的形状有关，不同几何形状的样品，在同样大小的磁场作用下，其电阻不同，该效应称为几何磁阻效应。

由于半导体的电阻率随磁场的增加而增加，有人又把该磁阻效应称为物理磁阻效应。

目前，磁阻效应广泛应用于磁传感、磁力计、电子罗盘、位置和角度传感器、车辆探测、GPS导航、仪器仪表、磁存储（磁卡、硬盘）等领域。

一定条件下，导电材料的电阻值R随磁感应强度B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尔电场。

如果霍尔电场作用和某一速度的载流子的洛仑兹力作用刚好抵消，则小于此速度的电子将沿霍尔电场作用的方向偏转，而大于此速度的电子则沿相反方向偏转，因而沿外加电场方向运动的载流子数量将减少，即沿电场方向的电流密度减小，电阻增大，也就是由于磁场的存在，增加了电阻，此现象称为磁阻效应。

如果将图1中U H短路，磁阻效应更明显。

因为在上述的情况里，磁场与外加电场垂直，所以该磁阻效应称为横向磁阻效应。

当磁感应强度平行于电流时，是纵向情况。

若载流子的有效质量和弛豫时间与移动方向无关，纵向磁感应强度不引起载流子漂移运动的偏转，因而没有纵向霍尔效应的磁阻。

而对于载流子的有效质量和弛豫时间与移动方向有关的情形，若作用力的方向不在载流子的有效质量和弛豫时间的主轴方向上，此时，载流子的加速度和漂移移动方向与作用力的方向不相同，也可引起载流子漂移运动的偏转现象，其结果总是导致样品的纵向电流减小电阻增加。

实验1： 磁阻效应实验一、 实验目的测量锑化铟传感器的电阻和磁感应强度的关系；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进行曲线和直线拟合。

二、 实验内容在锑化铟传感器的电流保持不变的条件下，测量锑化铟传感器的的电阻和磁感应强度的关系，作出/(0)R R ∆与感应强度B 的关系曲线，并进行曲线拟合。

三、 实验原理一定条件下，导电材料的电阻值R 随磁感应强度B 变化规律称为磁阻效应。

当半导体处于磁场中时，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的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小，电阻增大，表现出横向磁阻效应。

通常以电阻率的相对改变量来表示磁阻的大小，即用/(0)ρρ∆表示。

其中(0)ρ为零磁场时的电阻率。

设磁电阻电阻值在磁感应强度为B 的磁场中电阻率为(B)ρ，则()(0)B ρρρ∆=-。

由于磁阻传感器电阻的相对变化率/(0)R R ∆正比于/(0)ρρ∆，这里R R()(0)B R ∆-＝因此也可以用磁阻传感器的电阻相对改变量/(0)R R ∆来表示磁阻效应的大小。

测量磁电阻值R 与磁感应强度的关系实验装置如图所示：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/(0)R R ∆正比于磁感应强度B 的二次方，而在强磁场中/(0)R R ∆与磁感应强度B 呈线性函数关系。

四、 实验组织运行要求本实验采用集中与开放相结合方式运行。

即导论课时以讨论和练习为主的集中模式进行，操作课时以自主训练为主的开放模式进行。

五、 实验条件FD －MR －II 型磁阻效应实验仪，电阻箱，导线若干 仪器面板图接线如下：六、 实验步骤按实验装置图连接导线，连接时注意要自备电阻箱和注意电压正负极；调节电磁铁直流电流源，使电流I M 为零，调节毫特计调零旋钮，使示数为零。

实验报告85PB07001095 蔡嘉铖数学系 08.11.23【实验题目】磁阻效应及磁阻传感器的特性研究【实验目的】1、了解磁阻效应的基本原理及测量磁阻效应的方法；2、测量锑化铟传感器的电阻与磁感应强度的关系；3、画出锑化铟传感器电阻变化与磁感应强度的关系曲线，并进行相应的曲线和直线拟合；4、学习用磁阻传感器测量磁场的方法。

【实验原理】磁阻效应是指某些金属或半导体的电阻值随外加磁场变化而变化的现象。

和霍尔效应一样，磁阻效应也是由于载流子在磁场中受到的洛仑兹力而产生的。

若外加磁场与外加电场垂直，称为横向磁阻效应；若外加磁场与外加电场平行，称为纵向磁阻效应。

磁阻效应还与样品的形状有关，不同几何形状的样品，在同样大小的磁场作用下，其电阻不同，该效应称为几何磁阻效应。

由于半导体的电阻率随磁场的增加而增加，有人又把该磁阻效应称为物理磁阻效应。

目前，磁阻效应广泛应用于磁传感、磁力计、电子罗盘、位置和角度传感器、车辆探测、GPS导航、仪器仪表、磁存储（磁卡、硬盘）等领域。

一定条件下，导电材料的电阻值R随磁感应强度B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尔电场。

如果霍尔电场作用和某一速度的载流子的洛仑兹力作用刚好抵消，则小于此速度的电子将沿霍尔电场作用的方向偏转，而大于此速度的电子则沿相反方向偏转，因而沿外加电场方向运动的载流子数量将减少，即沿电场方向的电流密度减小，电阻增大，也就是由于磁场的存在，增加了电阻，此现象称为磁阻效应。

如果将图1中U H 短路，磁阻效应更明显。

因为在上述的情况里，磁场与外加电场垂直，所以该磁阻效应称为横向磁阻效应。

当磁感应强度平行于电流时，是纵向情况。

若载流子的有效质量和弛豫时间与移动方向无关，纵向磁感应强度不引起载流子漂移运动的偏转，因而没有纵向霍尔效应的磁阻。

而对于载流子的有效质量和弛豫时间与移动方向有关的情形，若作用力的方向不在载流子的有效质量和弛豫时间的主轴方向上，此时，载流子的加速度和漂移移动方向与作用力的方向不相同，也可引起载流子漂移运动的偏转现象，其结果总是导致样品的纵向电流减小电阻增加。

第35卷，增刊、，01．35Sup pl em ent红外与激光工程IIl fl骶d and Las erEngi nee r i ng2006年10月0ct．2006锑化铟磁阻型红外光电传感器及其特性研究吴闽，黄钊洪(华南师范大学光电子学院光子信息技术省教育厅重点实验室，广东广州510006)摘要：介绍了锑化铟磁阻型光电传感器的结构及工作原理，并对锑化铟磁阻型光电传感器的输出特性进行了研究；随着间隙由0m m增至5m m，放大后的光电传感器输出电压峰峰值由3V多急剧下降至500m V 以下；若使输入光脉冲电压的频率保持50H z不变，改变红外发光二极管输入光脉冲电压(变化范围y西为3．8～5．o V)，测量磁阻型光电传感器输出电压峰值诈P随输入光脉冲电压的增加按指数规律增加；磁阻型光电传感器的中心频率为50H z，通频带为46～55H z，即通频带宽度为9H z，可得其品质因数Q为5．56。

关键词：锑化铟；磁阻；红外光电传感器；特性中图分类号：r I’P2121文献标识码：A文章编号：1007．2276(2006)增E．0058．06I nSb m agnet or esi st ance I R—phot oel ect ri c s ens or and i t’s cha r act erW U M i n，H U A N G z l l a0一hong(1kph ot oni nf0朋叩h硒i sl abor at or y of ph ot∞l cc廿D nil l s t i t u t eof s cN u，(h王缸gzhou51006，C hi na)A bst m ct：TI l e paper i nt r oduces t he conf igur at i on aJl d m eor y of t he I n S b m agnet or esi st ance瓜一Pho妣l ec疵s ens o r'and s t u dy t ll e out put cha rac t er i s t i c of t he s en s or，al o ng w i t l l t lle cl ea r aJ l c e of t he L E D t o t he I nSb m at er i al change f r om t he0～5m m，t he m gni f i ed out put vol切ge‰of t he s e nsor chaJ l ge怕m3V t o1es s m aJl500m V Re删n m e眈quency of t henght pul s e V ol t age50H z inV撕abl e，aJl d c ha l l ge t he L E D i叩ut l i g ht pul se V ol t age(m e s quar e w aV e pul s e V01t age‰f r om3．8V t05．O V．M e asur e t he out put V ol t age of t he I ns b m a gnet ores i st a堇l c e phot oe l e ct r i c s ensor’w h i ch i I l cr e ase s a s t l le exp one nt r ul e．The c ent er f bquenc y of t he phot oel ect dc s ens o r i s50H z，t he t r ans m i s s i on ban ds of m e s e nsor is46～55H z，s o t r ansI I l i ssi on bands is9H z，qual i t y f kt or Q i s5．56．K e y w O r ds：I nS b；M agnetor esi s t锄ce；m-Pho晚l ect ri c S e ns or；C ha ra ct e ri st i cO引言光敏传感器是把光信号转换为电信号的一种传感器，迄今为止，光电器件在许多工业部门和日常生活的各个领域内都得到了应用，己经研究设计的锑化铟磁阻型红外光电传感器中，利用霍尔效应、磁阻效应和光电导效应制成的这种磁阻型光电传感器除了具有一般光电传感器所具有的特点外，还具有灵敏度高、光谱范围宽、所用元件少、结构不太复杂、易于制造等优点。