磁电阻测量实验报告

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篇一：巨磁电阻实验报告

实验报告班

姓名张涛学号1003120505指导老师徐富新

实验时间20XX年5月25日，第十三周，星期日

篇二：_磁电阻特性_实验报告

实验8-1Insb磁电阻特性研究

【实验目的】

1、掌握磁感应强度的测量方法；

2、了解磁电阻的一些基本知识；

3、测量和分析Insb材料磁电阻特性；【实验原理】

磁电阻(magnetoResistance，mR)通常定义为

?RR(0)

?

R(b)?R(0)

R(0)

（8-1-1）

其中：R（0）是零外场下的电阻，R（b）是外场b下的电阻。有时，上式也可以表示为目前，已被研究的磁性材料的磁电阻效应大致包括：由磁场直接引起的磁性材料的正常磁电阻、与技术磁化相联系的各向异性磁电阻、掺杂稀土氧化物中特大磁电阻、磁性多层膜和颗粒膜中特有的巨磁电阻、以及隧道磁电阻等。图8-1-2列出了几种磁电阻阻值R随外磁场μ0h的变化形式。在以上磁电阻效应中，正常磁电阻应用最为普遍。

图8-1-1几种典型的磁电阻效应

正常磁电阻普遍存在于所有磁性与非磁性材料中，其来源于外磁场对载流子的洛仑兹力，它导致载流子运动发生偏转或产生螺旋运动，从而使载流子碰撞几率增加，造成电阻升高，因而，在正常磁电阻中，??//、??T和均为正，并且有?T??//。正常磁电阻与外场的关系如图8-1-2所示。在特定的温度，随外场的增加，在低场区域，正常磁电阻近似地与外场成平方关系。对于单晶样品，在较高的磁场区域，??//显示了饱和的趋势(曲线

图8-1-2

Ｂ)，而??T和显示出各向异性，即随外场增加或正

比于(曲线A)或趋于饱和(曲线b)。对于多晶样品，在强场

中，正常磁电阻则显示出与外场h的线性关系(曲线c)。正常磁电阻的各项异性来源于费米面的褶皱。

如果设载流子速度为v，在洛仑兹力的作用下，沿外场方向作螺线运动，螺线的轴与b方向平行，则载流子围绕该轴的角速度即回旋频率ωc为：

?c?

eb

?

?m

?

(8-1-2)

式中m?是载流子的有效质量，μ是磁导率。由于散射和碰撞，载流子绕轴回转的平均角度为：

?c??c??

b?

?ne

(8-1-3)

2?

其中：?0是电导率，为?0?ne?m，n是载流子的密度(cm-3),?为驰豫时间，即载流子

经过两次碰撞的平均时间。很明显，只有当?c?1，才能观察到正常磁电阻。应注意到?c?1只是正常磁电阻出现的判

据，并不保证满足该条件下都能观察到正常磁电阻。以cu

为例，室温下(237K)，n=8.5?10?c?8.3?10

?3

28

cm

?3

7

，?0?6.4?10?

?1

m

?1

，根据(8-1-3)式，可得

A／m]的磁场，这在

?。要满足?c?1，需要大于1200Koe[1oe=1000/4

目前是难以达到的，因此在室温下观察不到磁电阻。为了在室温和较低磁场条件下，观察到正常磁电阻，通常采用半导体材料。实验中我们要研究的Insb传感器就属于此种。【实验仪器】

mR-1型磁电阻效应测量装置（上海大学），“励磁恒流输出”控制磁场大小，“恒流输出”控制gaAs霍尔元件和Insb 磁电阻元件的工作电流。当K1、K2合向上方，K3断开时，“电压输入”窗口显示gaAs霍尔元件的霍尔电压（u1），“恒

流输出”窗口显示gaAs霍尔元件的工作电流（I1）；当K1、K2合向下方，K3合上时，“电压输入”窗口显示Insb磁电阻元件的电压（u2），“恒流输出”窗口显示Insb磁电阻元件的工作电流（I2）。

磁感应强度b由下式给出

b?

u1kI1

（8-1-5）

其中k为常数，不同的霍尔元件k不同。k的值标注于仪器上。【实验内容】

1、测定磁感应强度和磁电阻大小的对应关系，绘制关系曲线。

励磁电流在0到600mA之间，每隔30mA测一点。测量时，要先测Insb磁电阻元件的电压（u2）和工作电流（I2），而且，对于每个励磁电流，都应保持u2（800mV）基本恒定，以及gaAs霍尔元件与Insb磁电阻元件在磁极间的位置基本相同。

2、研究Insb磁电阻在磁感应强度和磁电阻变化的关系曲线，分段（b0.14T）进行曲线拟合。【数据处理】

1、磁感应强度b与磁电阻关系曲线

已知磁感应强度b满足b?

u1kI1

，磁电阻可由R（b）=u2/I2，

?RR(0)

?

R(b)?R(0)

R(0)

求

得，那么可得磁感应强度b与磁电阻数据，如表1所示。

表1磁感应强度与磁电阻数据

图1磁感应强度与磁电阻关系曲线

2、对磁感应强度与磁电阻关系曲线分段拟合对图1中的曲线进行分段拟合,如图2所示。

图2分段拟合曲线

根据拟合结果可知：

【思考讨论】

1、试举例说明磁电阻效应的应用。

由于磁电阻的大小随磁场的改变而改变，可以制成类似霍尔原件的器件来测磁场强度的大小；根据巨磁电阻变化显著的特性可以在信息存储方面有所应用，如硬盘。

2、如果磁场为交变形式，分析磁电阻元件电阻随磁感应强度的变化情况。

当磁场变化频率不高时，磁电阻会随电场的改变而缓慢改变；当外磁场变化频率较高时，载流子的运动需要一定时