Lezione 4 Trasduttori ad effetto Hall e magnetoresistori

Presentazione sul tema: "Lezione 4 Trasduttori ad effetto Hall e magnetoresistori"— Transcript della presentazione:

1 Lezione 4 Trasduttori ad effetto Hall e magnetoresistori

2 Trasduttori ad effetto Hall
L’effetto Hall Trasduttori (di induzione magnetica) ad effetto Hall Funzionamento Sensibilità Cause di incertezza Magnetoresistori

3 L’effetto Hall

4 Effetto Hall

5 FHall e FCoulòmb

6 Equilibrio delle forze

7 Campo elettrico E e tensione di Hall VH

8 Velocità dei portatori di carica

9 Velocità dei portatori di carica

10 Tensione di Hall ed induzione B

11 Tensione di Hall ed induzione B

12 Disposizione elettrodi

13 Sensibilità Si è visto che la tensione prodotta è data da: Per ottenere elevate sensibilità bisogna agire sul rapporto i / q n s : s : si realizzano spessori molto piccoli (fino a pochi nm) mediante tecniche avanzate quali lo “sputtering” q n : si ricorre a semiconduttori a basso drogaggio con portatori dominanti di tipo n i : si forzano correnti relativamente elevate applicando elevate tensioni alla basetta

14 Sensibilità e cause di incertezza
Sensibilità: elevata sensibilità Û bassa densità pdc materiale semiconduttore monocristallino e poco drogato Cause di incertezza: la temperatura modifica la densità pdc spessore del semiconduttore allineamento elettrodi

15 Allineamento elettrodi

16 Media per tre coppie di elettrodi

17 euro

18 L’angolo di Hall ed i magnetoresistori

19 Mobilità dei portatori di carica
v v v E Da un punto di vista macroscopico consideriamo che i portatori di carica, sotto l’effetto del campo elettrico applicato dall’esterno, si muovono di moto rettilineo uniforme e definiamo “mobilità dei portatori di carica” (m) il rapporto fra la velocità dei portatori e la intensità del campo elettrico che tiene in movimento le cariche stesse:

20 Angolo di Hall B E La traiettoria “microscopica” delle cariche in movimento è curvilinea con un raggio di curvatura che risulta diminuire mano a mano che la velocità aumenta. Quando il portatore di carica collide con un atomo si ferma, quindi riprende il suo movimento secondo la direzione del campo elettrico principale. Appena è in movimento ricomincia a risentire dell’azione della forza di Hall che inizia a deviare sempre più la sua traiettoria.

21 Angolo di Hall La traiettoria “macroscopica” delle cariche in movimento è deviata di un angolo qH rispetto alla direzione del campo elettrico principale.

22 Angolo di Hall In realtà la forza di Hall media è normale alla traiettoria “macroscopica”

23 Sensibilità

24 Magnetoresistori

25 Magnetoresistori

26 Magnetoresistori

27 Magnetoresistori L’accumulo di cariche alla faccia inferiore crea un effetto che contrasta la libera circolazione delle altre cariche in modo analogo a quanto visto con i sensori ad effetto Hall.

28 Magnetoresistori Per contrastare l’effetto di accumulo si potrebbe limitare l0 ma: le resistenze sarebbero di piccolo valore, quindi: - piccole variazioni assolute, - problemi di misurazione non trascurabili.

29 Disco di Corbino Orso Mario Corbino (1876 - 1937)

30 Orso Mario Corbino ( ) Presidente del Consiglio Superiore delle acque e dei Lavori Pubblici nel 1917, Senatore del Regno dal 1920, fu ministro della Pubblica Istruzione nel (nel governo Bonomi I) e ministro dell'Economia Nazionale nel (chiamato a tale incarico da Mussolini, pur non essendo iscritto al partito fascista). Dopo la morte di Blaserma inoltre ottenne la cattedra dell'Istituto di fisica sperimentale e dell'Istituto di Via Panisperna dal 1918 al 1937.

31 Disco di Corbino

32 Magnetoresistori La geometria più adatta alla realizzazione di un trasduttore è quella del parallelepipedo già studiato, ma come contrastare l’accumulo di cariche alla faccia inferiore?

33 Composito in antimoniuri di indio e nickel
Antimoniuro di indio ( In Sb ) semiconduttore ad elevatissima mobilità Antimoniuro di nickel ( Ni Sb ) conduttore

34 Applicazioni dei magnetoresistori

35 Applicazioni dei magnetoresistori

36 Applicazioni dei magnetoresistori

37 Applicazioni dei magnetoresistori

38 Applicazioni dei magnetoresistori

39 Applicazioni dei magnetoresistori

40 Applicazioni dei magnetoresistori

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48 biblioteca mks@ Trasduttori ad effetto Hall:
Hall Effect Sensing and Application pagine © Honeywell

49 biblioteca Magnetoresistori: Electric Power Steering (EPS) with GMR-Based Angular and Linear Hall Sensor 16 pagine © Infineon Pedal Position Sensing Using Hall Effect Sensors 20 pagine © Infineon Throttle Position Sensing with Linear Hall Sensors 20 pagine © Infineon

50 La prossima lezione: Piezoelettricità ed effetto piezoelettrico diretto ed inverso Trasduttori piezoelettrici Materiali piezoelettrici naturali e sintetici: quarzi, PZT Banda passante e circuiti per il condizionamento del segnale d’uscita