维普资讯 http://www.cqvip.com 第２７卷第１１期 物 理 实 验 ＰＨＹＳＩＣＳ ＥＸＰＥＲＩＭＥＮＴＡＴ１０Ｎ ＶｏＩ．２７ Ｎｏ．１１ ＮＯＶ．．２００７ ２００７年１１月 学 生 园 利用导电橡胶改进薄膜霍尔效应实验装置 刘德全，王宇航 （兰州大学物理科学与技术学院，甘肃兰州７３０１０７） 地 摘 要：介绍了利用导电橡胶对薄膜霍尔效应装置的改进方案及对新装置的性能测试结果．初步证实了将导电橡 胶应用于薄膜霍尔效应测量装置时，具有电流线平行、不损伤薄膜、装片方便、接触电阻低、接触稳定等优点． 关键词：导电橡胶；薄膜；霍尔效应 中图分类号：０４８４．４３；ＴＱ３３６ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００５—４６４２（２００７）１１—００４５—０３ ｌ 引 言 线为梭形而不是均匀平行线，薄膜表面电场、温度 场分布较复杂，难以进行理论推导及误差分析． 设一规则样品，在它的 方向上有均匀电流 导电橡胶是近年来广泛应用的一种新材料． Ｊ。流过，在ｚ方向上加磁场Ｂ，则在Ｙ方向上将出 目前已广泛应用于电子词典、电子计算器、电子表 现电位差【，。，这种效应称为霍尔效应．薄膜样品 等微型电子设备．导电橡胶具有普通橡胶的弹性 的霍尔效应测量在纳米薄膜研究中有着重要的作 和可塑性，可制成各种形状．导电橡胶具有良好 用．在近代物理实验课中的“薄膜霍尔效应测量” 的导电性，是很好的电连接材料．考虑利用导电 实验所采用的霍尔片支架如图１所示，由４个金 橡胶质软、可塑、导电的特性，可用于对霍尔片架 属簧片作为触点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ．与样品相应位置接 的改进． 触．在Ａ和Ｂ问通电流，则在Ｃ和Ｄ问测到霍尔 电压． ， ２ 改进方案 ● 本改进方案如图２所示．采用导电橡胶条替 代触点Ａ和Ｂ提供工作电流，用小的导电橡胶方 片作为触点Ｃ和Ｄ检测霍尔电压．将印刷电路 板刻蚀成如图２形状，将胶条及方片置于如图２ 位置，以与样品长宽匹配．导电橡胶上平放样品 片，与导电橡胶接触．最外面加盖有机玻璃，并在 四角用铜螺丝加固，实物如图３所示． 图１ 原霍尔片架（电流线为梭形） 实验中发现此方案有如下缺点： ａ．金属簧片为刚性触点，在装片时易将薄膜 划伤； ｂ．金属触点与样品片接触不稳定，在测量过 程中易造成工作电流不稳，影响测量精度； Ｃ．触点与薄片之问为点接触，使工作电流流 图２改进后的霍尔片架 收稿日期：２００７—０５—０１；修改日期：２００７—０６—２５ 作者简介：刘德全（１９８６一），男，黑龙江七台河人，兰州大学物理学基地班２００４级本科生． 维普资讯 http://www.cqvip.com ４６ 物理 实验 第２７卷 图３实物图 改进方案较以前方案有如下优点： １）由于导电橡胶柔软且富有弹性，可起到一 定的缓冲作用，在装片过程中不会由于压力过大 而使基片破损，亦不会划伤薄膜表面． ２）工作电流端采用导电胶条，相当于１组平 行的线电流源，在均匀薄膜中产生的电流线必为 均匀平行电流线，使测量结果与理论更好吻合． ３）在适当大的压力下，导电橡胶与电路板及 待测样品表面接触面积大，接触良好，有效减小了 接触电阻．接触稳定，串联入电路的其他电阻固 定，易于从测量结果中除去此误差． ４）由于接触稳定，工作电流固定不变，不会受 到桌面震动等因素的干扰，使霍尔电压的测量更 加准确． ５）采用较长的导电胶条作为工作电流端，可 调整胶条位置，测量不同尺寸的样品片． ３相关性能测试及分析 ３．１材料尺寸 对初样性能测试时的相关材料尺寸如下：导 电橡胶尺寸为１８．５ ｍｍ×３．５ ｍｍ×１ ｍｍ；所测 样品长宽为２２ ｍｍ×２２ ｍｍ． ３．２接触电阻的测量 将厚铜片表面清洗干净，代替霍尔片装入改 进后的装置。由于装入铜片较厚，其电阻可忽略 不计．测量Ａ和Ｂ间的电阻值，即导电橡胶条电 阻值与接触电阻值之和． 测量采用福克ＤＴ－８３０Ｂ数字万用表，测量精 度为０。１ Ｑ．压紧铜片后，测得Ａ和Ｂ间电阻值 为６．３ Ｑ． ３．３抗震性能测试 由于条件所限，采用半定量方式测试本装置 接触电阻对震动的响应．如３．２中所述方式装入 铜片，接万用表后，让样品架从０．５ ｍ高处自由 落至桌上，此震动造成的万用表示数浮动不超过 ±０．１ Ｑ．在实际使用中，桌面的震动远不及此， 说明此方案的抗震动干扰能力符合要求． 在装置中放入实用的显微镜用盖玻片样品， 重复上述测试过程，盖玻片并无破损，说明橡胶条 有较好的缓冲作用． ３．４装置材料对磁场的影响 此装置面板为印刷电路板及有机玻璃，且采 用铜螺丝加固。在初步测试中，未发现这些材料 对薄膜处磁场产生明显改变．但根据电动力学理 论，这些物质对装置内部空间磁场应存在影响． 相关性能还有待进一步测试． ３。５胶条尺寸对实验结果的影响 在霍尔效应的结果分析中，应考虑到胶条尺 寸对实验结果的影响．设胶条长Ｌ宽ｗ，样品长 ｚ宽 ，则在计算时，样品实际宽度应修正为 一 ２Ｗ．由于胶条尺寸比较规则，易测出其长宽，对 实验结果的分析可更精确． ４结束语 理论和实验证明，采用导电橡胶对霍尔效应 实验仪的改进，可使薄膜霍尔效应测量过程更精 确，更稳定，电流线更接近于理想情况，而且可以 有效保护薄膜不受损伤。在实际应用中可使实验 精度有所提高． 致谢：本装置的改进工作得到兰州大学物理 科学与技术学院近代物理实验室及朋兴平老师的 大力支持，物理学院刘金超同学、核学院苏军同学 提供了部分器材和设备。在此一并表示感谢！ 参考文献： ［１］彭应全，刘征，朋兴平．近代物理实验［Ｍ］．兰州： 兰州大学出版社，２００６．１Ｏ１． ［２］杨凯，辜承林．基于脉冲强磁场的高温超导薄膜 ＹＢａ Ｃｕ。（）６． 霍尔效应研究［Ｊ］．功能材料，２００６，３７ （１）：５０～５３． ［３］瞿华富，张明宪，王维果．ＨＹＳ－１型霍尔效应应用 技术综合实验仪［Ｊ］。物理实验，２００５，２５（６）：２０～ ２３． ［４］瞿华富，唐涛．霍尔效应在直流电压隔离传送中的 应用［Ｊ］．物理实验，２００７，２７（２）：１６～１８． 维普资讯 http://www.cqvip.com
第１１期 刘德全，等：利用导电橡胶改进薄膜霍尔效应实验装置 ４７ Ｕｓｉｕ ｓｉｎｇ ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ Ｃ０ｎ ＵＣｔｉｖｅ ｒｕｂＶｅ ｒｕ ｒ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｆｉｌｍ Ｈａｌｌ ｅｆｆｅｃｔ ｄｅｖｉｃｅ ＷＡＮＧ Ｙｕ—ｈａｎｇ ＬＩＵ Ｄｅ－ｑｕａｎ， Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｌａｎｚｈｏｕ ７３０１０７，Ｃｈｉｎａ） （Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｌａｎｚｈｏｕ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｍｅｔｈｏｄ ｗｈｉｃｈ ｕｓｉｎｇ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｒｕｂｂｅｒ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｆｉｌｍ Ｈａｌｌ ｅｆｆｅｃｔ ｄｅｖｉｃｅ ｉｓ ｉｎｔｒｏ— ｄｕｃｅｄ，ｉｔｓ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｔｅｓｔｉｎｇ ｒｅｓｕｌｔ ｉｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｔｏｏ．Ｍａｎｙ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ａｒｅ ａｐｐｒｏｖｅｄ ｂａｓｉｃａｌｌｙ，ｃｕｒ— ｒｅｎｔ ｌｉｎｅ ｉＳ ｐａｒａｌｌｅｌ，ｆｉｌｍ ｉｓ ｉｎ ｇｏｏｄ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ａｓｓｅｍｂｌｅ ｉＳ ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔ，ｃｏｎｔａｃｔ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｉＳ ｌＯＷ，ｃｏｎ— ｔａｃｔ ｉｓ ｓｔｅａｄｙ ａｎｄ ＳＯ ｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｒｕｂｂｅｒ；ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ；Ｈａｌｌ ｅｆｆｅｃｔ ［责任编辑：郭伟］ （上接第４４页） ［６］贺梅英，黄沛天．声速测量实验中声波衰减现象的 ａｔ ｌｏｗ ｐｒｅｓｓｕｒｅｓ［Ｊ３．Ｎａｔｕｒｅ，１９５３，１７２：３６３～３６４． ［９］Ｃｏｌｗｅｌｌ Ｒ Ｃ，Ｆｒｉｅｎｄ Ａ Ｗ，ＭｃＧｒａｗ Ｄ Ａ．Ｔｈｅ ｖｅ— 研究［Ｊ］．物理测试，２００７，２５（１）：２７～２８． ［７］潘学军．声速测量装置的改进［Ｊ］．物理实验， ２００６，２６（５）：１８～２１． ｌｏｃｉｔｙ ｏｆ ｓｏｕｎｄ ｉｎ ａｉｒ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｆｒａｎｋｌｉｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，１９３８，２２５（５）：５７９～５８３． ｒ８３ Ｃａｒｏ Ｄ Ｅ，Ｍａｒｔｉｎ Ｌ Ｈ．Ｔｈｅ ｖ￣ｏｃｉｔｙ ｏｆ ｓｏｕｎｄ ｉｎ ａｉｒ Ｂｒｉｅｆ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｓｏｕｎｄ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｉｎ ｔｈｅ ａｉｒ ａｎｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｍａｍａｔ Ｍａｍａｔｒｉｓｈａｔ，Ｗｕｐｕｅｒ Ｙａｓｅｎｊｉａｎｇ，Ｘｉａｅｒｄｉｎｇ Ｐｕｅｒｋａｉｔｉ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｓｃｉｅｎｃｅ， Ｘｉｎｊｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ．Ｕｒｕｍｑｉ ８３００４６．Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｓｏｕｎｄ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｉｎ ｔｈｅ ａｉｒ ｕｓｉｎｇ ｓｔａｔｉｏｎａｒｙ ｗａｖｅ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｐｈａｓｅ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ｌｉｓｓａｊｏｕｓ ｆｉｇｕｒｅ ｍｅｔｈｏｄ ｂｏｔｈ ｃｏｕｌｄ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ ｔｈｅ ｗａｖｅ ｌｅｎｇｔｈ ｏｆ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｗａｖｅ．Ｓｏｕｎｄ ｖｅｌｏｃｉｔｉｅｓ ａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ ａｒｅ ｍｅａｓｕｒｅｄ ａｎｄ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅｏｒｅｔｉ— ｃａｌ ｖａｌｕｅ，ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ ａｔ ｒｏｏｍ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｒｅ ｉｎ ｇｏｏｄ ａｃｃｏｒｄａｎｃｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｔｈｅｏ— ｒｅｔｉｃａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ，ｂｕｔ ｗｈｅｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｄｅｖｉａｔｅｓ ｆｒｏｍ ｒｏｏｍ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｄｉｓｃｒｅｐａｎｃｙ ｏｃｃｕｒｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｏｕｎｄ ｖｅｌｏｃｉｔｙ；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ；ｓｔａｔｉｏｎａｒｙ ｗａｖｅ ｍｅｔｈｏｄ；ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｗａｖｅ ［责任编辑：郭伟］
