HưỚNG dẫn THỰC HÀNH vật lí CHẤT rắn

Bảng khớp điện trở Vị trí được tự ghi lại trong máy, nó được dùng để máy nội suy tuyến tính từ giá trị điện trở sang số đo độ của vị trí.. Nếu trong quá trình đo, do việc chỉnh quang chư

PHÒNG THÍ NGHIỆM VẬT LÍ CHẤT RẮN

*******

HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH VẬT LÍ

CHẤT RẮN (Tài liệu lưu hành nội bộ)

Hà Nội, 06 / 2015

Mục lục

Bài thực hành số 1: KHẢO SÁT HỆ QUANG HỌC VÀ LẬP ĐƯỜNG

CONG CHUẨN CỦA MÁY ĐƠN SẮC

1

Bài thực hành số 4: KHẢO SÁT ĐƯỜNG ĐẶC TRƯNG VÔN-AMPE

CỦA DIODE BÁN DẪN

19

Bài thực hành số 1

KHẢO SÁT HỆ QUANG HỌC VÀ LẬP ĐƯỜNG CONG CHUẨN

CỦA MÁY ĐƠN SẮC

I Mục đích

- Tìm hiểu nguyên lý hoạt động, cấu tạo của hệ quang học dùng máy đơn sắc

- Lập đường cong chuẩn của máy đơn sắc

II Thiết bị

Hệ quang học được sử dụng trong bài có cấu tạo theo sơ đồ hình 2.1

Bộ phận chủ yếu của hệ là máy đơn sắc YM-2 có bộ lăng kính tán sắc 5 Ánh sáng trắng

từ nguồn sáng qua hệ thống kính tụ quang 2 và thấu kính 3 đi qua khe vào 4, đập vào hệ lăng kính Khi truyền qua lăng kính, ánh sáng có bước sóng khác nhau bị lệch theo phương khác nhau Khe ra 6 cho qua một chùm sáng có bước sóng nằm trong một khoảng hẹp Khi quay lăng kính, ta có thể thay đổi độ dài bước sóng của chùm sáng đi ra khỏi khe Bằng cách thu nhỏ bề rộng của các khe, ta có thể thu hẹp bề rộng khoảng bước sóng của chùm sáng qua khe ra, nghĩa là tăng độ đơn sắc của chùm sáng ra

Chùm sáng ra qua thấu kính 7, đập vào mẫu Một phần ánh sáng bị mẫu hấp thụ Phần còn lại đi tới detector gây nên tín hiệu điện Tín hiệu có cường độ càng lớn nếu cường độ

Hình 2.1 Sơ đồ hệ quang học dùng máy đơn sắc

1.Nguồn sáng; 4 Khe vào; 7 Thấu kính;

2.Kính tụ quang; 5 Hệ lăng kính tán sắc; 8 Mẫu;

3.Thấu kính; 6 Khe ra; 9 Detector ánh sáng

chùm ánh sáng tới nó càng mạnh Bằng cách quay lăng kính ở những góc khác nhau, ta có thể xác định được sự phụ thuộc của cường độ sáng đến detector theo bước sóng ánh sáng

Đó là phổ cường độ ánh sáng truyền qua mẫu

Hệ quang học như trên có thể được dùng để nghiên cứu phổ ánh sáng truyền qua của mẫu, cũng là để xác định phổ hấp thụ của mẫu Có thể mở rộng tác dụng của hệ đo này để nghiên cứu nhiều tính chất quang học khác của các vật liệu như phổ huỳnh quang, phổ

quang dẫn

Bộ lăng kính của máy đơn sắc được gắn với một cơ cấu cho phép quay nó những góc khác nhau Góc quay của bộ lăng kính được chỉ thị trên thang chia độ của một cái trống Tuy vậy đọc số chỉ trên thang, ta chưa biết được độ dài sóng ánh sáng đi ra khỏi máy đơn sắc Vì vậy, trước khi sử dụng hệ đo, ta cần lập đường cong chuẩn cho máy đơn sắc, tức

là tìm mối quan hệ giữa số chỉ trên thang và bước sóng ánh sáng Để làm việc này, thay vào chỗ nguồn sáng 1, ta đặt một đèn quang phổ chuẩn Đó là một đèn phát sáng nhờ sự phóng điện trong một ống chứa một chất khí tinh khiết Mỗi chất khí, khi bị kích thích trong sự phóng điện, phát ra ánh sáng có quang phổ vạch Số vạch và bước sóng của từng vạch trong quang phổ là đặc trưng cho mỗi chất khí Trong bài thực hành này, ta dùng đèn hơi thuỷ ngân Phổ phát xạ của thủy ngân đã được xác định chính xác và công bố trong các bảng tra cứu dưới dạng phổ mẫu Nếu ghi được quang phổ của đèn thủy ngân theo số chỉ trên thang của máy đơn sắc, thì ta có thể so sánh với phổ mẫu, và xác lập được tương quan giữa độ dài sóng ánh sáng và số chỉ trên thang Đồ thị của sự phụ thuộc đó gọi là đường cong chuẩn của máy đơn sắc

Hình 2.2 Sơ đồ đo điện trở của cảm biến dùng card ADC

Lối vào ADC

Trống quay của máy đơn sắc được ghép đồng trục với một biến trở con chạy có nhiều vòng (0 – 5000 ) Khi trống quay, giá trị điện trở giữa con chạy và một đầu biến trở thay đổi Vì vậy, bằng cách đo giá trị phần điện trở này, ta có thể xác định được góc quay của trống và từ đó xác định được bước sóng ánh sáng ở lối ra của máy đơn sắc Trống được làm quay đều nhờ một động cơ điện Detector được dùng ở đây là một quang điện trở CdS Ánh sáng chiếu vào detector làm thay đổi điện trở của nó Khi không có ánh sáng chiếu vào, điện trở của quang điện trở khá lớn Khi có ánh sáng chiếu vào, điện trở của nó

sẽ giảm tuỳ theo cường độ và bước sóng ánh sáng chiếu vào Vì vậy, bằng cách đo điện trở của detector, ta thu được thông tin về cường độ ánh sáng Detector và biến trở được nối vào một hộp kết nối Hộp này được nối với máy vi tính qua card biến đổi tương tự-số (ADC) Vì card ADC chỉ có thể nhận các tín hiệu điện áp nên để máy tính có thể đo được điện trở từ detector và biến trở, ta nối chúng với card ADC theo sơ đồ hình 2.2 Chương trình SPECTRUM được dùng để điều khiển quá trình đo

III Thực hành

1 Quan sát hệ quang học Tìm hiểu công dụng của từng bộ phận trong hệ và hoạt động của nó Bật máy vi tính

2 Điều chỉnh quang:

- Đặt đèn hơi thủy ngân vào vị trí nguồn sáng và bật cho đèn sáng

- Điều chỉnh đèn và các thấu kính sao cho thu được ảnh rõ nét nhất của đèn trên khe vào

- Điều chỉnh khe vào và ra của máy tới giá trị khoảng 1 mm Đặt một mảnh giấy trắng ở phía khe ra Quay trống sao cho ở lối ra trông thấy vệt sáng trên giấy Điều chỉnh thấu kính 7 và detector sao cho chùm sáng rơi vào detector Thu hẹp hai khe lại đến bề rộng bằng nhau, trong khoảng 0,3-0,8 mm

Việc đo phổ có thể đƣợc thực hiện trên một trong hai thiết bị sau: card ADC ghép nối

qua khe cắm PCI (Phần mềm chạy win98) hoặc card ADC ghép nối qua cổng RS-232 (Phần mềm chạy win7)

a Phép đo phổ sử dụng card ADC ghép nối qua khe cắm PCI (Phần mềm chạy

win98)

1 Khởi động chương trình SPECTRUM:

Từ màn hình nền của windows, kích đúp vào biểu tượng shortcut SPECTRUM Phần mềm SPECTRUM hiển thị bằng tiếng Việt nên rất dễ dàng khi xử dụng

Sau khi khởi động, máy sẽ chuyển sang chế độ khớp điện trở của biến trở theo vị trí trống quay

2 Lập bảng khớp điện trở của biến trở theo vị trí trống quay

Đưa trống quay tới vị trí 200o (hoặc 3000o), nhập giá trị này vào máy và nhấn Enter, máy sẽ tự đo giá trị tương ứng của biến trở Bảng khớp điện trở Vị trí được tự ghi lại trong máy, nó được dùng để máy nội suy tuyến tính từ giá trị điện trở sang số đo độ của vị trí

3 Lập đường cong chuẩn

- Dùng tay quay trống về số chỉ 3000 0 Hạ động cơ cho trống quay Chuyển chương trình sang chế độ đo (nhấn tiếp tục) Máy tính sẽ vẽ đồ thị sự phụ thuộc của cường

độ sáng vào vị trí của trống quay và ghi lại các kết quả đo dưới dạng tệp tin dữ liệu Khi máy đo xong (trống quay đến vị trí 200 0) thì nâng động cơ lên, ghi lại kết quả (nhấn lưu lại) và thoát khỏi chương trình (nhấn thoát) Nếu trong quá trình đo, do việc chỉnh quang chưa tốt hoặc một số nguyên nhân khách quan khác mà kết quả thu được không hợp lý, ta có thể đo lại luôn mà không cần phải thực hiện quá trình khớp vị trí trống quay theo điện trở của biến trở: đưa động cơ về vị trí 3000o, hạ và cho chạy động cơ, cho chương trình SPECTRUM hoạt động (nhấn đo lại)

- Quan sát kết quả bằng chương trình vẽ đồ thị Origin So sánh với phổ mẫu, xác định bước sóng ứng với các đỉnh phổ Xây dựng đồ thị bước sóng của các đỉnh phổ theo giá trị của vị trí trống quay Tiến hành "fit" đồ thị bằng một hàm thích hợp và lập đường cong chuẩn

b Phép đo phổ sử dụng card ADC ghép nối qua cổng RS-232 (Phần mềm chạy win7)

1 Khởi động chương trình bằng cách nhắp chuột vào biểu tượng (Spectrum):

3 Sau khi đo xong, bấm nút Stop để dừng chương trình, ngay sau đó nút stop sẽ tự động

đường dẫn để lưu dữ liệu

Lưu ý: Đôi khi việc lưu dữ liệu gặp lỗi dẫn đến không lưu được file Trong trường hợp đó, hãy vào ổ D và tìm file TEM1.txt Đây chính là file dữ liệu vừa đo

Sau khi đã có dữ liệu, hãy sử dụng phần mềm Origin để vẽ phổ và dựng đường cong chuẩn theo hướng dẫn của giáo viên

3 Trong máy đơn sắc, có thể thay hệ lăng kính tán sắc bằng thiết bị nào

4 Có thể thực hiện những phép đo gì trên một hệ quang học để nghiên cứu tính chất của vật liệu? Nguyên tắc của các phép đo đó là gì? Các phép đo đó cung cấp những thông tin gì về vật liệu?

5 Cách ghép nối máy tính với hệ đo Nguyên tắc biến đổi tương tự - số và cách đo điện trở của cảm biến dùng máy tính Nguyên tắc làm việc của máy tính đối với hệ đo

6 Ý nghĩa và cách lập đường cong chuẩn của hệ đo quang học Sử dụng chương trình Origin để vẽ đồ thị và xử lí kết quả thực nghiệm

7 Vai trò của đèn thủy ngân trong việc lập đường cong chuẩn? Nếu dùng một nguồn sáng khác cho mục đích lập đường cong chuẩn của hệ quang này thì nguồn sáng đó phải có đặc điểm gì?

8 Ý nghĩa của việc thay đổi độ rộng của khe vào và khe ra? Nên chọn độ rộng của khe vào và khe ra như thế nào cho hợp lý?

Vật liệu sắt từ và nhiệt độ Curie

Các vật liệu sắt từ (Fe, Ni, Co, ) nếu được đặt vào từ trường H sẽ bị từ hoá (nhiễm từ

tính) rất mạnh Nguyên nhân là do bên trong khối sắt từ khi đó xuất hiện một từ trường

phụ B’ cùng hướng và rất lớn so với H Vì vậy, từ trường tổng hợp trong khối sắt từ có giá trị bằng: B = oH + B’ = oH

Hệ số  gọi là độ từ thẩm của sắt từ Trị số của  phụ thuộc phức tạp vào độ lớn của H và

có thể đạt tới khoảng 104, nghĩa là từ trường tổng hợp trong khối sắt từ có thể lớn gấp hàng vạn lần so với từ trường ngoài Do đặc tính này, các vật liệu sắt từ được dùng rộng rãi trong kỹ thuật điện để làm lõi từ của biến thế điện, động cơ điện, nam châm điện, rơ le điện từ

Các chất sắt từ, bên cạnh khả năng được từ hoá mạnh còn có hàng loạt tính chất cơ bản khác với các tính chất của thuận từ và nghịch từ, như sự phụ thuộc không tuyến tính vào

H của cảm ứng từ B, hiện tượng từ trễ, hiện tượng từ giảo

Tuy nhiên, tính chất sắt từ chỉ xuất hiện trong một khoảng nhiệt độ xác định Nếu khối sắt

từ bị nung nóng đến nhiệt độ T  TC thì tính chất sắt từ biến mất và nó trở thành chất thuận từ Nhiệt độ TC được gọi là nhiệt độ Curie, giá trị của nó phụ thuộc vào bản chất của chất sắt từ Bên cạnh đó, chất sắt từ ở nhiệt độ Curie còn có hàng loạt dị thường về nhiệt dung, điện trở suất, từ giảo Ở gần nhiệt độ Curie, hệ số từ hoá ban đầu của chất sắt

từ đạt đến cực đại Các đặc tính của chất sắt từ có thể giải thích bằng thuyết miền từ hoá

tự nhiên

III Nguyên tắc, cấu tạo và hoạt động của hệ đo

Nhiệt độ Curie của ferit được xác định bằng phương pháp cảm ứng điện từ

3.1 Mạch từ và từ trở

Hình 1: Mạch từ không phân nhánh

đơn giản

Trong điện kỹ thuật ta thường phải sử dụng các mẫu sắt từ có dạng các khung kín (như lõi sắt từ của nam châm điện, của biến thế điện…) Các khung sắt từ kín có hình dạng khác nhau như vậy được gọi là các mạch từ kín Đối với một mạch từ kín thì đường sức từ chỉ chạy trong mạch từ và không thoát ra ngoài Một mạch từ không được tạo bởi một khung kín được gọi là mạch từ hở Đối với mạch từ hở, một phần đường sức từ sẽ nằm ở ngoài mạch từ

Xét một mạch từ đơn giản (Hình 1) gồm hai đoạn: đoạn mạch trong khung sắt từ có tiết diện ngang S, có độ từ thẩm  và đoạn mạch là khe hở (không khí) nhỏ có cùng tiết diện

và có độ từ thẩm k

Đại lượng

m = NI ( N là số vòng dây điện cuốn trên khung;

I là cường độ dòng điện qua cuộn dây) được

gọi là suất từ động Từ thông  trong khung

(cũng là trong khe hở) liên hệ với suất từ

l R

k

k

mk  0

là từ trở của các đoạn mạch từ tương ứng

Như vậy Rm = rm + rmk , tức là từ trở toàn phần của mạch từ không phân nhánh bằng tổng các từ trở của các đoạn mạch từ hợp thành Kết quả này cũng đúng với mạch từ không phân nhánh gồm nhiều đoạn mạch từ hợp thành:

Rm = rm1 + rm2 + + rmn

3.2 Sơ đồ nguyên lý của phép đo

Mô tả thí nghiệm: thí nghiệm bao gồm một khung sắt hình chữ U trên đó có đặt hai cuộn dây n1 và n2 Một thanh ferit được gắn trên hai đầu của thanh chữ U Trên thanh ferit có đặt một lò và một cặt nhiệt điện để xác định nhiệt độ của lò (Hình 2) Để thay đổi nhiệt độ của lò và cấp điện thế xuay chiều cho cuộn dây n1 (hoặc n2) ta sử dụng một bộ nguồn E (Hình 3) Trên bộ nguồn E có 2 đầu ra; một là lối ra điên thế xoay chiều đầu còn lại là lối

ra điện thế 1 chiều Để đo nhiệt độ của thanh ferit và điện thế trên cuộn n2 (hoặc n1) ta sử dụng đồng hồ vạn năng Keithley 2000 Đồng hồ này được ghép nối với máy tính để thu thập dữ liệu

Hình 3: Bộ nguồn E

Hình 2: Sơ đồ thiết bị đo nhiệt độ Curri

Lò, ferit và cặp nhiệt

Lối ra điên thế xoay chiều

Lối ra điên thế một chiều

Núm điều chỉnh điên thế 1 chiều

Chốt đặt điên thế xoay chiều

Nguyên tắt phép đo: Đặt vào cuộn sơ cấp một hiệu điện thế xoay chiều U1, do hiện tượng cảm ứng điện từ trên cuộn thứ cấp xuất hiện một hiệu điện thế xoay chiều U2 Nếu ta tăng nhiệt độ của thanh ferit F tới nhiệt độ Tc thì độ từ thẩm  của thanh ferit giảm nhanh xuống giá trị   1 Khi đó từ trở của toàn mạch tăng nhanh, từ thông (độ biến thiên từ thông) qua cuộn n2 giảm, suất điện động U2 giảm nhanh xuống giá trị U0 Nhiệt độ Tcchính là nhiệt độ Curie cần tìm

IV Các thao tác thực hành

1 Khởi động máy tính Khởi động phần mềm đo nhiệt độ curie bằng cách kích chuột

vào “CURIE TEMPERATURE”

2 Đặt điện áp lối ra xoay chiều của nguồn (Xem hình 3) ở giá trị 2V Dùng các dây nối đưa hiệu điện thế đó vào cuộn sơ cấp n1 (chú ý: thường thì lối ra của nguồn xoay chiều đã được đặt sẵn giá trị 2v)

3 Vặn núm điều chỉnh điện áp một chiều của nguồn (xem hình 3) về 0 và dùng dây nối để đưa điện thế một chiều vào hai chốt nối với lò nung

4 Nối cặp nhiệt đến đồng hồ kết nối máy tính ở kênh đo nhiệt độ và nối hai chốt của cuộn thứ cấp hoặc n2 đến đồng hồ nối máy tính ở kênh đo điện thế

5 Từ màn hình giao diện của phần mềm đo nhiệt độ curie, nhập giá trị của nhiệt độ

phòng vào ô “Room temp.”

6 Tăng từ từ điện thế một chiều để cấp dòng cho lò, quan sát sự thay đổi điện thế và nhiệt độ trên màn hình máy tính Khi quá trình chuyển pha được thực hiện hoàn toàn, hãy giảm từ từ điện thế vào lò để nhiệt độ của lò giảm từ từ về nhệt độ phòng

7 Sau khi kết thúc phép đo, hãy lưu kết quả vào máy tính bằng cách bấm vào nút

“Stop”, nút này sẽ đổi tên thành nút “Save”, chờ khoảng 1 giây sau rồi bấm vào

“Save”, nhập tên file dữ liệu và bấm OK Kết quả đo sẽ tự động lưu vào thư mục:

“C:\PhaseTrans\PublishedFile” trong ổ đĩa C dưới dạng một tệp tin dữ liệu có

hai cột Cột thứ nhất là các giá trị của nhiệt độ, cột thứ hai là các giá trị tương ứng của hiệu điện thế thứ cấp U2 Sau đó thoát khỏi chương trình đo

8 Vào chương trình vẽ đồ thị Orgin để vẽ lại đồ thị U2-T Dựa vào đồ thị ta có thể tìm Tc (cho cả đường đo đi và đo về) Ghi các chú thích cần thiết và in kết quả ra giấy Thoát khỏi chương trình Origin

9 Thu dọn bài thực hành, tắt máy tính

V Câu hỏi

1 Sự phân loại các vật liệu từ, các đặc tính của vật liệu sắt từ Thuyết miền từ hoá tự nhiên trong việc giải thích các đặc tính của vật liệu sắt từ

2 Mạch từ và từ trở

3 Nguyên tắc xác định nhiệt độ Curie bằng phương pháp cảm ứng điện từ

4 Các ghép nối bài thực hành với hệ đo Nguyên tắc biến đổi tương tự - số và cách đo nhiệt độ bằng máy tính Nguyên tắc làm việc của máy tính với bài thực hành

5 Cách xác định nhiệt độ Curie từ đồ thị sự phụ thuộc của suất điện động cảm ứng theo nhiệt độ Sử dụng chương trình Origin để xử lý kết quả thực nghiệm

Bài thực hành số 3

ĐO HỆ SỐ HALL

I Mục đích

- Nắm được lý thuyết hiệu ứng Hall

- Nắm được phương pháp đo hệ số Hall

- Thực hành đo hệ số Hall của một mẫu bán dẫn

- Xử lí và nhận xét kết quả thu được

II Tóm tắt lý thuyết

2.1 Chuyển động của hạt mang điện trong từ trường

Một hạt có điện tích q chuyển động với vận tốc v trong một từ trường B sẽ chịu tác dụng của lực Lorentz F   q v B  Hướng của lực này phụ thuộc vào dấu của hạt mang điện và hướng của tích v B  Nếu hướng của v vuông góc với B thì dưới tác dụng của lực Lorentz sẽ xảy ra sự lệch của các hạt mang theo phương vuông góc với v và B, do

đó sẽ xuất hiện sự phân bố điện tích không gian và xuất hiện điện trường E y Trong trạng thái dừng, lực điện trường qE y tác dụng lên hạt mang điện bằng lực Lorentz:

2.2 Hiệu ứng Hall trong bán dẫn

Xét một dòng điện có mật độ dòng điện j chạy qua một mẫu bán dẫn hình hộp chữ

nhật có chiều dày d Một từ trường cảm ứng từ B đặt vuông góc với j và vuông góc với bản (hình 1)

Trong bán dẫn luôn tồn tại hai loại hạt mang điện electron và lỗ trống Mật độ dòng electron và lỗ trống được xác định:

Je = - neve, Jh = pevp (3)

Hình 1

Như trên đã trình bày, sự chuyển động của các hat mang điện trong tử trường sẽ dẫn đến

sự xuất hiện một điện trường E bên trong mẫu

Trong trường hợp của electron thì:

Jy = (nee + peh)Ey + (nee2 - peh2) ExB (9)

Do dòng điện chỉ chạy theo hướng x vậy Jy = 0

Ta có: Ey = (-nee2 + peh2) ExB/(nee + peh) (10)

Thay 10 vào 8 ta được:

 e h

x x

pe ne

J E

h e

x h e

y

pe ne

B J pe ne

nên  

2

2 2

)

p n h

p n

p n R

2.2 Phương pháp đo Van Der Pauw

Giả sử có một mẫu phẳng có chiều dày d có 4 tiếp điểm (A,B,C,D) như hình vẽ :

Cho dòng IAC chạy qua A và C, lúc đó sẽ có sụt thế VBD giữa B và D Điện trở của mẫu được xác định theo công thức:

, BD

AC BD

AC

V R

I

 (16) Nếu cấp dòng IBD thì ta có sụt thế VAC, lúc này điện trở của mẫu sẽ được xác định:

, AC

BD AC

BD

V R

I

 (17) Van der Paw đã chứng minh rằng điện trở suất của mẫu tuân theo phương trình:

) 2 (ln 4

) 2 (ln { ) (

2

2 ln ) (

1

3 2

4 , ,

, ,

2 , ,

AC

AC BD BD

AC AC

BD BD

AC

AC BD BD

AC

R R

R R

R R

R R

f

Một số giá trị của f tương ứng với ,

Hình 2 là sơ đồ khối đơn giản của hệ đo Hall thực nghiệm Hệ đo gồm một nam châm điện (1) dùng dây cuốn (2) Từ trường cực đại đạt được là 0,6 T Nam châm được nuôi bởi nguồn nuôi cùng bộ điều khiển (3) Nguồn nuôi này cấp dòng cao nhất là 8 A

Phần cơ khí bao gồm giá và bàn khớp (4), nhờ khớp này, có thể di chuyển cần mẫu (5) theo các hướng khác nhau Mẫu (6) được gắn trên cần mẫu, các tiếp điểm trên mẫu được nối ra ngoài qua các dây dẫn 7 Hộp (8) bao gồm nguồn một chiều cấp dòng cho mẫu, các ampekế và vônkế để xác định hiệu điện thế Hall

IV Các thao tác thực hành

A Đo từ trường bằng cảm biến Hall

Như ta đã biết, khi có dòng điện chạy trong chất bán dẫn đặt trong từ trường thì sẽ xảy ra hiệu ứng Hall Hiệu điện thế Hall phụ thuộc vào bản chất của chất bán dẫn, cường động dòng điện chạy chất bán dẫn và từ trường Vậy, với một chất bán dẫn xác định có dòng điện không đổi chạy qua thì hiệu điện thế Hall khi đó chỉ còn phụ thuộc vào từ trường đặt vào mẫu Lợi dụng tính chất này, chúng ta có thể đo từ trường thông qua đo hiệu điện thế Hall của mẫu bán dẫn Để làm được điều này, trước hết chúng ta phải xây dựng được mối quan hệ giữa hiệu điện thế Hall với từ trường ứng với một dòng điện xác định chạy qua mẫu Hay nói khác đi, ta phải lập đường chuẩn cho mẫu

Như ta đã biết, từ trường trong lòng một ống dây được xác định bằng công thức:

Như vậy, nếu ta có một ống dây, ta hoàn toàn có thể biết được từ trường trong lòng ống dây bằng cách đo cường độ dòng điện chạy trong ống

Cách lập đường chuẩn cho cảm biến Hall

1 Đặt cảm biến Hall vào long ống dây như hình vẽ

2 Điều chỉnh biến trở sao cho dòng đi qua cảm biến Hall khoảng dưới 1mA

3 Giữ cố định dòng điện (chạy qua cảm biến hall) và thay đổi dòng điện chạy trong ống dây

4 Sử dụng công thức tính từ trường trong lòng ống dây để tính từ trường tương ứng với các dòng điện chạy trong ống

5 Đo hiệu điện thế Hall tương ứng với các từ trường (được tính ở trên)

6 Lập bảng số liệu mô tả quan hệ giữa hiệu điện thế Hall và từ trường ngoài

7 Vẽ đường cong sự phụ thuộc của hiệu điện thế Hall vào từ trường, dựa vào đường cong này xác định cảm ứng từ của một nam châm bất kỳ

B Các bước thực hành đo hệ số Hall của bán dẫn

1 Tìm hiểu sơ đồ khối của hệ đo, các thông số kỹ thuật quan trọng

2 Xác định hướng từ trường do nam châm điện tạo ra

3 Mắc sơ đồ đo theo phương pháp van Der Pauw theo hình 3

Hình 3: Sơ đồ mạch hệ đo hệ số Hall mắc theo phương pháp Van Der Pauw

4 Thay đổi I trong khoảng cho phép, đo các giá trị U tương ứng với từ trường bằng

0 và ứng với 1 giá trị của từ trường không đổi