Galvanomagnetic Effects Kavala 12th Gfu

682 views
584 views

Published on

Published in: Education
0 Comments
0 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

No Downloads
Views
Total views
682
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
1
Actions
Shares
0
Downloads
10
Comments
0
Likes
0
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Galvanomagnetic Effects Kavala 12th Gfu

  1. 1. ΓΑΛΒΑΝΟΜΑΓΝΗΤΙΚΑ ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ ¨Αισθητήρες βασισµένοι στο Φαινόµενο Hall¨ Βλάσσης Ν. Πετούσης Φυσικός 1
  2. 2. ∆οµή Παρουσίασης Φαινόµενο Hall. Μαγνητό-Αντιστατικά Φαινόµενα. Παρουσίαση θεωρητικών στοιχείων. Πλακέτες Hall. Μαγνητό-Αντισάσεων. Οι Βασικές Αρχές. Τεχνικές µείωσης θορύβου 1/f Μαγνητικοί Αισθητήρες. 2
  3. 3. Γαλβανοµαγνητικά Φαινόµενα Φαινόµενο Hall (Ανακαλύφθηκε από τον Edwin H. Hall το 1879) Μαγνητό-Αντισταστατικά Φαινόµενα ( ς Μαγνητό-Αντιστατικό φαινόµενο ονοµάζουµε την αύξηση της αντίστασης σε σχέση µε την διακύµανση του µαγνητικού πεδίου). 3
  4. 4. Το Φαινόµενο Hall l>>w 4
  5. 5. Φαινόµενο Hall - Θεωρία r r r r r Ηλεκτρικό πεδίο Ηall: E = −[ud ⊗ B ] u d = µΕ H RH IB Τάση Hall: V = ∫ EH dz ⇒ V = H H t Γωνία Hall: tan θ Η = ± µΒ r r r Η ένταση Hall: E = − RH [ J ⊗ B] H 1 1 Σταθερά Hall: RH = RH = − qp qn 5
  6. 6. Μαγνητό-Αντιστατικό Φαινόµενο l<<w l<<w : πρόκειται για πολύ µικρού πλάτους πλακέτες Corbino Disc. Eµφανής η εκτροπή του ρεύµατος J(B)-(Current Deflection) 6
  7. 7. Hall Effect MR Effect Edward Hall Orso Mario Corbino 1879 1876-1937 GMR Effect 130 Χρόνια Albert Fert (F) Έρευνας Peter Grünberg (G) Nobel Prize 2007 Nobel Prize 2007 7
  8. 8. Εκτρο̟ή Ρεύµατος r r r r r r r r J (B) = J p (B) + µp[J p (B) ⊗ B] J ( B ) = σ E + µ[ J ⊗ B ] r r r r J(B) = J (B) − µ [J (B) ⊗ B] n n n 8
  9. 9. Γωνία Hall (Γωνία εκτρο̟ής ρεύµατος) Γωνία εκτρο̟ής ρεύµατος: t a n θ H = ± µ B (Το + για p-type και το – για n-type) r r r r J p (B) = σ B E ± σ Bµ[E ⊗ B ] r r r σ J p = σ pB ± σ pB µ[ E ⊗ B] σ Β = Β = 0 1 + (µ B ) 2 Β ≠0 Β=0 ∆ρΒ = (µ B )2 ρ Β =ο Η αύξηση της αντίστασης σε σχέση µε την διακύµανση του µαγνητικού ̟εδίου ονοµάζεται Μαγνητό-αντιστατικό φαινόµενο. Συγκεκριµένα η αύξηση στην αντίσταση ̟ου οδηγεί σε έκτρο̟ή του ρεύµατος σε µικρά Hall ονοµάζεται Γεωµετρικό Μαγνητοαντιστατικό Φαινόµενο. 9
  10. 10. Γαλβανοµαγνητικοί Παράµετροι Ρεύµατος r r r r Η κλασική r r πυκνότητα ρεύµατος είναι: r r J = J1 + J 2 + J 3 J ( B ) = σ E + µ[ J ( B ) ⊗ B ] Η ολική πυκνότητα ρεύµατος είναι: r r r r r r r J ( B ) σ E (1 − µ B ) + µσ [ E ⊗ B ] + µ σ B ⋅ ( E ⋅ B ) 2 2 2 10
  11. 11. Πλακέτες Hall –Μαγνητοαντιστάσεων Οι Βασικές Αρχές r r Vin = E ⋅ il ˆ Vout = E⋅ ˆ jw Vout = VH + VP RH PH VH = − IB cos γ VP = IBP sin 2a t 2t 11
  12. 12. Γεωµετρικοί ̟αράµετροι των ̟λακετών Hall Υπάρχουν δυο βασικοί παράµετροι που σχετίζονται µε την επίδραση στη γεωµετρία στη τάση αλλά και στη µαγνητοαντίσταση. Ο πρώτος είναι: VH GH = VH ∞ που αποτελεί τον γεωµετρικό διορθωτικό παράγοντα και RH VH ∞ = − IB t Ο GH αυξάνεται µε την αύξηση της θερµοκρασίας και την γωνία Hall. Και είναι: 0 ≤ GH ≤ 1 12
  13. 13. Ε̟ίδραση της γωνίας Hall στον ̟αράγοντα GH Γραµµή ρεύµατος x1 x2 Στο αριστερό σχήµα έχουµε: Βa <Bb και ΘHa<ΘΗb και ως αποτέλεσµα έχουµε X1<X2 Στο δεξί σχήµα έχουµε την σχέση του GΗ µε το λόγο l/w για µερικές γωνίες Hall. 13
  14. 14. Γεωµετρικοί ̟αράµετροι των Μαγνητοαντιστάσεων R( B) l Ο δεύτερος είναι: GR = µε R∞ ( B ) = ρb να R∞ ( B) tw αποτελεί την αντίσταση ενός άπειρα µεγάλου µήκους Hall. l GR 1 + µ H B (1 − 0.54 ) 2 2 w 14
  15. 15. Τεχνικές µείωσης του θορύβου 1/f 15
  16. 16. Οι θόρυβοι στις ̟λακέτες Hall Ο θόρυβος των πλακετών Hall είναι συνδυασµός του θερµικού θορύβου προκαλούµενος από την αντίσταση εξόδου και του 1/f θορύβου που προκαλείται από τις διακυµάνσεις αγωγιµότητας στην επιφάνεια του οξειδίου του πυριτίου (Popović 1989). 16
  17. 17. Τεχνική Current Spinning (CSC) Η αρχή 17
  18. 18. Τεχνική Current Spinning (CSC) Η δοµή 18
  19. 19. Τεχνική zero drift (ZDP) Πορεία των ηλεκτρονίων για το ρεύµα 19
  20. 20. Τεχνική chopping Με την τεχνική του choping προκαλούµε αισθητή µείωση του 1/f Θορύβου(flicker noise ή pink noise) y(t) = x(t)cos(2̟fchopt) 20
  21. 21. Παραδείγµατα Πλακετών Hall Υψηλής Κινητικότητας λεπτές πλακέτες Hall. ΙnSb- Ιndium Αndimonide- Μονοκρυσρταλλυκό. Πυριτίου(Si) i) ∆ιπολικό ολοκληρωµένο κύκλωµα πυριτίου. ii) Θαµµένο Hall. iii) CMOS ολοκληρωµένη τεχνολογία. GaAs – Γαλλίου Αρσενικού. i) Υψηλή κινητικότητα σχεδόν 5.5 φορές µεγαλύτερη από αυτή του πυριτίου(Si). ii) Ικανότητα λειτουργίας σε υψηλές θερµοκρασίες(πάνω από 2000 C) 21
  22. 22. Σχήµατα αισθητήρων Hall 22
  23. 23. Παραδείγµατα Πλακετών Hall ∆ι̟ολικό ολοκληρωµένο κύκλωµα ̟υριτίου. Θαµµένο Hall CMOS ολοκληρωµένη τεχνολογία. Ένα Τυ̟ικό J-FET 23
  24. 24. Κυλινδρικό Hall 24
  25. 25. Εφαρµογές Μαγνητικών Αισθητήρων Hall. Μέτρηση Μαγνητικού Πεδίου(σε οποιοδήποτε άξονα). Μηχανικής µετατόπισης µετατροπέας. i) Μέτρηση Γραµµικής Θέσης. ii) Μέτρηση Γωνιακής Θέσης. 25
  26. 26. Αισθητήρες Ηλεκτρικού Ρεύµατος Σύστηµα Yoke για ̟όλωση σε ̟λακέτα Hall Ανοικτού Τύ̟ου Σύστηµα αισθητήρα ρεύµατος Hall βασισµένο στην αρχή Μαγνητικής ανατροφοδότησης Κλειστού Τύ̟ου Λε̟τός & ̟λατύς αισθητήρας Ρεύµατος µε MC στο ε̟άνω µέρος 26
  27. 27. Προτεινόµενος ΝΕΟΣ Αισθητήρας Ηλεκτρικού Ρεύµατος 3D WHS 27
  28. 28. Σας Ευχαριστώ 28

×