SU1478105A1 - Способ измерени посто нной Холла листовых материалов - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике, основано на исследовании параметров материалов с помощью электромагнитных волн микроволнового диапазона. Цель изобретени  - обеспечение неразрушающего измерени  посто нной Холла листовых материалов произвольного поперечного сечени . Листовой материал 13 с известной электропроводностью σ помещают между отрезками 8 и 9 пр моугольного волновода без зазоров и воздействуют на него электромагнитными колебани ми с частотой ω от источника 1 электромагнитного излучени . Фиксируют значение мощности P_H10 с помощью проходного измерител  мощности 6 и уровень мощности P_H11 по измерителю мощности 12. Затем измер ют коэф.сто чей волны по напр жению К_с с помощью измерител  3 коэф. сто чей волны. По измеренным значени м определ ют по формуле величину коэффициента Холла P_H. 1 ил.

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике, основано на исследовании параметров материалов с помощью электромагнитных волн микроволнового - диапазона и предназначено дл  определени  электрофизических параметров листовых полупроводниковых материаов .

Цель изобретени  - обеспечение fg неразрушающего измерени  посто нной Холла листовых материалов произвольного поперечного сечени .

На чертеже представлена электрическа  схема устройства дл  реализа- 15 ции способа измерени  посто нной Холла листовых материалов.

Устройство дл  реализации предлагаемого способа содержит источник 1 электромагнитного, излучени , вентиль 20 2, измеритель 3 коэффициента сто чей волны с индикатором 4, фазовращатель 5, проходной измеритель 6 мощности волны типа Н10 пр моугольного волновода , фильтр 7 указанного типа волны, 25 первый 8 и второй 9 отрезки пр моугольного волновода, фильтр 10 волны типа Н1Л пр моугольного волновода, фильтр 11 верхних частот с граничной частотой ui г Ј 2ыи измеритель 12 30 мощности, Зазор между первым и вторым отрезками пр моугольных волноводов предназначен дл  размещени  в нем листового материала 13.

Способ осуществл ют следующим об- 35 разом,

Если в плоскости листового материала возбудить электромагнитной волной СВЧ-электрический ток плотностью, 40 равной

6 Ewcos(wt+M,), (1) где d- удельна  электропроводность

листового материала; Е,,, - амплитуда напр женности 45 электрической компоненты пол  электромагнитной волны, возбуждающей электрический ток в листовом материале} и , cf - соответственно циклическа  |0 частота и начальна  фаза напр женности электрической компоненты электромагнитного пол  в плоскости листового материала;55

t - текущее врем ,

и воздействовать на листовой материал переменным магнитным полем той же частоты, направленным перпендикул рно ректору ппогнооти тока | с индукцией

Н Bmcos(u t+ lf), U) где Rь - амплитуда вектора индукции

магнитного пол ; ц-„ - начальна  фаза магнитной

индукции,

то в плоскости листового материала пластины возникает ЭДС Ёх, равна  сумме двух составл ющих: посто нной и переменной, измен ющейс  с удвоенной частотой 2 и

Ё,Кн Вг-1у -КнВтбЕтсозЦ-М 1) +

+|кнВ Ет 2иС+ч 2+.(3)

Измерив переменную составл ющую ЭДС Холла с частотой 2со- второе слагаемое в выражении (3), - коэффициент Холла RH можно определить из следующего соотношени :

п ОЫМ (

н BhldEMcos 2u)t+ t/J

Если ток возбуждать полем волны типа Н(0, а вместо внешнего пол  магнитного пол  использовать магнитную составл ющую электромагнитного пол  волны Нто пр моугольного волновода, перпендикул рную вектору плотности наведенного в материале тока, то ЭДС Холла удвоенной частоты возбудит волну типа Н, пр моугольного волновода - высший тип волны пр моугольного волновода , имеющий по узкой и широкой стенкам поперечного сечени  пр моугольного волновода по одной вариации электрической компоненты электромагнитного пол .

Структура пол  волны типа Н10пр моугольного волновода такова, что при одинаковой ориентации вектора электрической компоненты и, следовательно, возбуждаемого ею тока в материале направление вектора магнитной индукции в материале по сечению пр моугольного волновода вдоль широкой его стенки мен етс  дважды. Это обусловливает возбуждение в листовом материале в направлении, параллельном широкой стенке волновода, ЭДС Холла двух знаков , мен ющихс  с частотой, вдвое превышающей частоту изменени  возбуждающего ее тока, что приводит к возбуждению двух полуволн электромагнитного пол  по широкой стенке волновода .

14/

Граничное условие, требующее ори- етации векторл члоктрической компоненты пол  по нормали к провод щей поверхности - гтенке  огпювода, формирует поле, наведенное ЭДС Холла, соответствующее волне типа Н пр моугольного волновода.

Условием, определ ющим формирова- ние пол , возбуждаемого ЗДС Холла, в структуру волны типа II м пр моугольного волновода, как наиболее предпочтительную в рассматриваемой конфигурации ,  вл етс  преемственность ори- ентации и структуры магнитных компонент волн типа .и Н1Л пр моугольного волновода. Таким образом, при воздействии на листовой материал электромагнитным полем волны типа Н10 пр мо- угольного волновода в нем возникает волна типа Н11 пр моугольного волновода с частотой, вдвое большей частоты волны типа Н1опр моугольного волновода . Амплитуда электрической состав- л ющей и пропорциональна  ей мощг ность волны типа Непр моугольного волновода определ ютс , как следует из выражени  (4), параметрами материала , выраженными через коэффициент Холла RH и удельную электропроводность 6 . Поэтому, измерив мощность волн типа Непр моугольного волновода Рк1о и мощность волны типа Н ,, пр моугольного волновода Р цп посто нную Холла листового материала можно определить из соотношени , получаемого в результате преобразовани  выражени  (4) :

abZ0PHli(2co)

)i-c-A-H-))oMTHii

up де & - удельна  электропроводность 45

контролируемого материала; z 0 - волновое сопротивление свободного пространства; а,Ь - размеры широкой и узкой стенок соответственно поперечно- д го сечени  первого и второго отрезков пр моугольного волновода ;

А - длина волны в свободном пространстве;55 А - критическа  длина волны типа Н 1, в пр моугольном волноводе; tt, i - абсолютна  магнитна  проницаемость и относительна  маг JQ 15 20 25 зо

40

45

д нитна  проницаемость листового материала соответственно; К с - коэффициент сто чей волны лл  волны типа Непр моугольного волновода;

1ц - коэффициент пропускани  листового материала дл  волны типа II пр моугольного волновода .

Измерение коэффициента Холла лис- товых материалов выполн етс  следующим образом. Листовой материал 13 с известной электропроводностью 4 помещают ь-ежду первым 8 и вторым 9 отрезками пр моугольного, волновода без зазоров и воздействуют на нее электромагнитными колебани ми с частотой ui от источника 1 электромагнитного излучени . Фиксируют значение мощности Р н 10 с помощью проходного измерител  6 мощности и уровень мощности Рн „ по измерителю 12 мощности, добива сь максимального его значени  регулировкой фазовращател  5, и измер ют коэффициент сто чей волны по напр жению К с с помощью измерител  3 коэффициента сто чей волны. По измеренным значени м определ ют по формуле (Ь) величину коэффициента Холла RH.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Способ измерени  посто нной Холла листовых материалов, заключающийс  в облучении листового материала электромагнитной волной и измерении ее мощности, отличающийс  тем, что, с целью обеспечени  неразрушающего измерени  посто нной Холла листовых материалов произвольного поперечного сечени , листовой материал облучают с помощью пр моугольного волновода волной типа Н |с с частотой LJ, дополнительно измер ют мощность PHl волны типа Непр моугольного волновода на частоте 2сои вычисл ют посто нную Холла К нпо формуле

   RH

   - abz0PH,,(2co)

   кс--;-р 1-(Т),вЫТмгде а,Ь - размеры широкой и узкой

   стенок пр моугольного волновода ;

   zo - волновое сопротивление свободного пространства;

   5 14781056

   6 - удельна  проводимость лис-А н - критическа  длина волны

   тового материала;тата Непр моугольного волр0 , (л - абсолютна  магнитна  прони-новеда;

   цаемость и относительна % длида волны в свободном

   магнитна  проницаемостьпространстве;

   листового материала соот-Т н - коэффициент пропускани 

   ветственно;листового материала дл 

   Кс - коэффициент сто чей вшшыволны типа Нп пр моуголь

   дл  волны типа Непр мо- . Qного волновода,

   угольного волновода;i