Устройство для измерения концентрации носителей заряда в проводящих материалах

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 19) (И) А 1229 БРЕТ ИСАНИЕ ТОРСКОМУ С ЕЛЬСТВУ АРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(72) А,Ю. Ушаков и Н.Б. Радчук (71) Ленинградский ордена Ленина политехнический институт им. И,И. Калинина(56) 1. Авторское свидетельство СССР В 285073, кл, С 01 К 31/00, 1968.2. Плевков В,Л. Автоматическое вычисление и запись температурных зависимостей коэффициента Холла. нПриборы и техника эксперимента", 1972, Оф 4, с. 164-66.(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА В ПРОВОДЯЩИХ ИАТЕРИАЛАХ, содержащее источник магнитного поля, перпендикулярного исслед емому образцу, источник тока, выход которого соединен с клеммами для подключения токовых выводовисследуемого образца, усилитель Холловского сигнала, вход которого соединен с клеммами для подключения потенциальных выводов последнего, датчикнапряженности магнитного поля, регистрирующий прибор, о т л и ч а ю щ е е-с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены дифференциальный усилитель и функциональный преобразователь с показательной функцией преобразования, а источник тока выполнен регулируемым, причем входы дифференциального усилите-.ля подключены к выходам усилителяХолловского сигнала и датчика напряженности магнитного поля, а выход -к входу регистрирующего прибора ичерез функциональный преобразовательк управляющему входу источника тока.Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для использования при исследовании химических и физических свойстввеществ. 5Известно устройство для измеренияконцентрации носителей заряда в полупроводниковых материалах, содержащеепоследовательно включенные СВЧ генератор, ферритовый вентиль, измери Отельную линию с турникетным сочлением, соленоид и селективный усилитель С 13.Недостатокустройства связан со значительной конструктивной сложностью 15из-за применения в нем измерительноготракта СВЧ,Наиболее близким к предлагаемомуявляется устройство для измеренияконцентрации носителей заряда в проводящих материалах, содержащее источник магнитного поля, перпендикулярного исследуемому образцу, источниктока, выход которого соединен с клеммами для подключения токовых выводовисследуемого образца, усилитель Холловского сигнала, вход которого соединен с клеммами для подключения потенциальных выводов последнего, датчикинапряженности магнитного поля и токачерез исследуемый образец, выходы которого подключены к входам блока умножения, синхронный детектор, сигнальный вход которого соединен с выходом усилителя Холловского сигнала,35а управляющий вход через фазосдвигающий блок - с выходом блока умножения, регистрирующие приборы в видевольтметра ЭДС Холла и двухкоординатного самописца, входы которого под 40ключены к выходам синхронного детектора и термопары 21,Известное устройство, обеспечивающее регистрацию ЭДС Холла, а такжевычисление и запись постоянной Холла45при температурных исследованиях, даетвозможность определять искомую концентрацию носителей заряда в образцелишь путем дополнительных трудоемкиханалитических расчетов. Это отрица 50тельно сказывается на достоверностиполученных результатов, Кроме того,при использовании известного устройства имеют место погрешности измерения, обусловленные ограниченным динамическим диапазоном вольтметра ЭДСХолла.Цель изобретения - повышение точности измерения. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения концентрации носит.лей заряда в проводящих материалах, содержащее источник магнитного поля, перпендикулярного исследуемому образцу, источник тока, выход которого соединен с клеммами для подключения токовых выводов исследуемого образца, усилитель Холловского сигнала, вход которого соединен с клеммами для подключения потенциальных выводов последнего, датчик напряженности магнитного поля, регистрирующий прибор, введены дифференциальный усилитель и функциональный преобразователь с показательной функцией преобразования, а источник тока выполнен регулируемым, причем входы дифференциального усилителя подключены к выходам усилителя Холловского сигнала и датчика напряженности магнитного поля, а выход - к входу регистрирующего прибора и через функциональный преобразователь к 1 правляющему входу источника тока.На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройства для измерения концентрации носителей заряда в проводящих материалах.Устройство содержит источник магнитного поля (не показан), перпендикулярного исследуемому образцу 1, источник 2 тока, усилитель 3 Холловского сигнала, датчик 4 напряженности Н магнитного поля, регистрирующий прибор 5, дифференциальный усилитель 6 и функциональный преобразователь 7 с показательной функцией преобразования вида у = а" . Выход источника 2 тока соединен с клеммами для подключения токовых выводов исследуемогообразца 1, вход усилителя 3 Холловского сигнала соединен с клеммами дляподключения потенциальных выводовпоследнего, входы дифференциальногоусилителя 6 подключены к выходам усилителя 3 Холловского сигнала и датчика 4 напряженности Н магнитного поля, а выход - к входу регистрирующего прибора 5 и через функциональный преобразователь 7 к управляющему входу источника 2 тока.Устройство работает следующим образом.При протекании через образец 1, находящийся в магнитном поле, тока от источника 2, на его потенциальныхЗаказ 6453/31 Тираж 710 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий13035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Эвыводах образуется ЭДС Ч 1 Холла, обратно пропорциональная концентрации М носителей заряда. Эта ЭДС усиливается усилителем 3, на выходе которого формируется напряжение О, поступающее на один из входов дифференциального усилителя 6. На другой вход дифференциального усилителя 6 подается напряжение 0 с выхода датчика 4 напряженности Й магнитного по-о ля. Если напряжение 0 меньше напряжения 0, то выходной сигнал дифференциального усилителя 6 в конечном счете увеличивает ток на выходе источника 2 до тех пор, пока 0 не , сравняется с О. Если же напряжение0 больше напряжения О, то ток на выходе источника 2, наборот, уменьшается до наступления равенства 0 и 0 . Введение в устройство функционального преобразователя 7 не изменяет динамики процессов., Можно показать, что при выбранной схеме построения устройства сигнал О на выходе дифференциального усилителя 6 и д на входе регистрирующего прибора 5 определяется как где о - толщина образца 1 п направлении магнитного поля; 4заряд электрона;- холл-Фактор;К 1,;к - коэффициенты передачи соответственно блоков 2, 3, 4;5 - параметр показательной функ"ции преобразования преобразователя 7.Таким образом, предлагаемое устройство в отличие от известных позволяет определять искомую концентрацвр беэ дополнительных аналитических расчетов, что исключает возможные ошибки и предопределяет высокую точность измерения, Логарифмическая форма представления информации, реализуемая с помощью функционального преобразователя 7, обеспечивает расширенный динамический диапазон измерения устройства, а также способствует повышению точности. Поскольку ЭДС 0 Холла и напряжение ц на выходе умножител 3 являются также, как и напряжение О на выходе датчика 4, прямо пропорциональными напряженности Н магнитного поля, предлагаемое устройство в целом оказывается нечувствительным к ее изменению.При необходимости в предлагаемом устройстве может быть использован регистрирующий прибор с линейной шкалой отсчета. В этом случае его следует подключать к выходу функционального преобразователя.