Матеріали для давачів Холла і давачів магнітоопору

Використання давачів Холла для цілей автоматичного вимірювання буде раціональним лише в тому випадку, якщо вони мають достатньо високу чутливість і мало підпадають під вплив температури. Чутливість давача залежить від вихідної ЕРС., тобто від постійної Холла, яка, в свою чергу, визначається рухомістю носіїв струму. В провідниках носіями струму є електрони. При звичайних температурах електрони знаходяться в хаотичному тепловому русі з самими різними швидкостями. Але якщо вздовж тіла створити електричне поле Е, приклавши напругу U, то всі електрони почнуть рухатись в напрямку поля з деякою середньою швидкістю u (при цьому окремі електрони можуть мати як більшу, так і меншу швидкості). Рухомість носіїв струму (m) визначається як відношення швидкості u до напруженості електричного поля Е:

image002

Рухомість залежить від того, як часто електрон при своєму русі стикається з граткою твердого тіла. Потрібно окремо відмітити, що велике значення ЕРС. Холла ще не означає, що в цій речовині великий ефект Холла і її можна використовувати в техніці. Велике значення ЕРС. може бути отримано за рахунок великої напруги U, тобто великих витрат електричної енергії. В той же час в іншому матеріалі така ж ЕРС Холла і ті ж швидкості носіїв струму можуть бути отримані при меньшій напрузі тільки за рахунок більшої рухомості. Такий матеріал вигідніший для використання в давачі Холла.

Отже, основною вимогою до матеріалу давача є поєднання великої рухомості носіїв струму з мінімальними температурними залежностями.

В залежності від технології виготовлення розрізняють кристалічні (в формі пластинки) і плівкові давачі.

В якості матеріалу кристалічних давачів використовують різні з’єднання індія: миш’яковистий індій ІnAs, фосфід індія ІnP, сурмянистий індій InSb, а також германій Ge і кремній Si.

image004

Найбільше значення постійної Холла у матеріала InSb, але воно дуже залежить від температури. На рис. 2.4.2. показані залежності постійної Холла від температури для різних матеріалів (1 – InSb,2 – ІnAs, 3 – твердий розчин ІnAs і ІnP). Для германія постійна Холла в десятки раз менша, але він володіє значно більшим питомим опором. Із германія можна робити давачі з опором в декілька кілоом. Ще більшим питомим опором володіє кремній, але його важче очистити від домішок. Високий ступень очистки напівпровідникових матеріалів отримують при плавленні в космічних лабораторіях.

Для розміщення в вузьких зазорах дуже зручні плівкові давачі Холла. Для їх виготовлення використовують метод випаровування в вакуумі початкової речовини з наступним опадом на підложку зі слюди. Товщина плівкових давачів складає 10 – 30 мкм, що в сотні раз менше, ніж у кристалічних давачів. Як матеріал для плівкових давачів використовують з’єднання ртуті: селенід ртуті HgSe і телурід ртуті HgTe. Чим тонша плівка, тим менша постійна Холла. За своїми можливостями використання в системах автоматики плівкові давачі приблизно рівноцінні з германієвими і навіть кращі за температурною стабільністю. Але вони дуже дорогі. На сьогодні проводяться дослідження нових матеріалів, що можуть бути використані в давачах Холла і магнітоопорі.

Васюра А.С. – книга “Елементи та пристрої систем управління автоматики”

Оставьте комментарий к статье