Пленочные магаиторезисторы получили распространение лишь в последние годы. Мапшточувствительный элемент этих приборов изготовлен из ферромагнитных пленок. В основе работы пленочных магниторезисгоровлежит анизотропный магниторезистивный эффект, заключаюшлйся в том, что внешнее магнитное поле изменяет в ферромагнитном материале вероятность рассеяния электронов в различных направлениях, что, в свою очередь, приводит к изменению электрического сопротивления [3].

Максимальное значение магнитосоп-ротивления тонкопленочных магниторезисторов соответствует нулеюму внешнему магнитному полю, т.е. при воздействии магаитного поля сопротивление прибора уменьшается.

Конструктивно пленочнью магаиторезисторы не отличаются от монолитных, за исключением того, что вьшолнены по тонкопленочной технологаи. В них используют тонкие пленки из никель-кобальтовых и никель-железных сплавов. В качестве матд)иала подложки применяют стекло, сигали или кремний, имеющие большую теплопроводность и близкие по коэффициентутермического расширения кпленке магаиточувствительного элемента.

Для изготовления тонкопленочных магниторезисторов используют групповой технологаче кий процесс, аналогичный процессу изготовления тонкопленочных габрндных ми1фосхем. Пленк} магаиточувствительного материала наносят на подложку методом электронно-лучевого распыления мишени специально подобранного состава. Формирование рисунка будущего магниточувствительного элемента выполняют способом фотолитографии или - при наличии более современного оборудования - элеюроно-литохрафии. Для подключения внешних выводов используют микросварку. От внешних воздействий приборы защищают прочной лаковой пленкой.

В табл. 2 представлены основные п^а-мстры двух отечественных пленочных магаиторезисторов, а на рис.8 показаны их конструкция и габариты.

Подложкой в обоих приборах служит полированное стекло. Магниточувстви-тельиый элемент магаиторезистора типа 1 выполнен из сплава никель-кобальт в виде меандра с шириной дорожки 10 мкм итолщинойдо 3000 ангстрем, типа 2 - из сплава никель-железо, ширина дорожки меаццра - 20 мкм, толщина - до 1000 ангстрем. Для смещения характеристики и повьш1ения чувствительности магаито-

Примечания: 1. Номинальное сопротивление магниторезисторов измерено при температуре 2ai:5°C. 2. Максимально допустимая мощность рассеяния приборов - не более 7 мВт. 3. Пределы ребочей температуры магниторезисторов -+10...+40°С.

-Постоянный магнит Чувствительная

o I Ь

Рис. 8

5 10 15 20 25 30 35 W В.мТл Рис. 9

О 5 10 15 го 25 30 35 W В,мТл Рис. 10

-4- -30 -20 -10 О 10 20 30 В.мТл Рис. 11

резистор типа 1 снабжен концентратором поля, представляющим собой миниатюрный постоянный магнит из феррита бария. Кроме того, этот магниторезистор содержит два магаиточувствительных элемента, включенных последовательно, с отюдом от точки их соединения, что позволяет использовать прибор в качестве дифференциального элемента или как полумост.

Основной параметр пленочных магаиторезисторов -относительная магаитная чувствительность, равная 1,5...5% и измеряемая при малых значениях магаитной индукции (до 50 мТл). На рис.9, 10 изображены типовые зависимости относительной магнитной чувствительности у магаиторезисторов от магаитной иццукции В и температуры окружающей среды афср- На рис.11 показана зависимость отаосительной магаигаой чувствительности магаиторезистора типа 2 от магнитной индукции при различной полярности; для прибора типа 1 эта характеристика будет аналогичной, но сдвинутой вправо по рис.11 на значение индукции концентратора (Ю...20 мТл).

Представленные графики позволяют сделать вывод о том, что пленочные маг-ниторезисторы обладают повьпдекной чувствительностью к слабым магаитным полям. Участок насыщения начинается при индукции внешнего магнитного поля, превышающей 30...40 мТл для типа 1 и 15...20 мТл для типа 2. Эга особенность позволяет применять указанные приборы для точных измерений физических величин при использовании внеышего магнитного поля, модулируемого этими величинами.

Температурный коэффициент сопротивления пленочных магниторезисторов находится в пределах 0,25...0,36 что значительно меньше, чем у монолитных. По температурному изменению чувствительности (изменению выходного сигаа-ла при питании от источника постоянного тока; оно не превышает -0,04 %/ С) пленочнью магаиторезисторы в 5...10 раз лучше монолигаых [2, 3].

На рис. 12 показаны сравнительные выходные характеристики - выходное напряжение сигнала) различных преобразователей магнитного поля в зависимости от магнитной индукции при

1(Г iO т 10 1Ги

Рис. 14

одинаковом напряжении питания [3]. При магаитаой индукции 5 мТл, соответствующей почти линейным участкам всех характеристик, чувствительность пленочного магниторезистора в S...15 раз выще, чем у других магнигочувствигельных приборов.

Магниторезисторы, как монолитные, так и пленочные, и устройства на их . основе Moiyr работать при постоянном и модулированном (переменном) магнитном попе. Однако следует иметь в вцду, что на частоте более 10 кГц юзникает увеличивающийся фазовый сдвиг (рис. 13). Если на магниторезистор воздействовать синусоидально модулированным магнитным полем определенной частоты, то выходной сигаал будет иметь те же форму и частоту, но друтую фазу. Иначе говоря, магниторезистор приобретает реактивную составляющую сопротивления. Показанная на рис. 13 фазочасготная характеристика выражает зависимость фазового сдвига (запаздывания) выходного синусоидального сигнала относительно магнитного поля от частоты изменения поля.

Кроме этого, на высокой частоте (более 1 МГц) происходит резкое увеличение проводимости магниторезистора; типичная частотная характеристика трех образцов прибора показана на рис.14 [7]. (И рис.13, и рис.14 илшострируют свойства монолитных магниторезисторов).

Для магниторезисторов характерно довольно высокое быстродействие. Экспериментально показано, что специально сконструированные магниторезисторы Moiyr работать при модуляции магнитного потока с частотой, превышающей 10 ГГц [1]. При этом, если машиточувстви-

тельный элемент размещен на металлической подложке, следует учитывать юз-можность возникновения вихревого тока в материале подложки. Поэтому при работе на высокой частоте модуляции магнитного потока подложку следует выполнять из ферркга.

В высокочастотном магнитном попе на магниторезисторе с меандрообразньш чувствительным элементом может быть индуцирована паразитная ЭДС, причем . избежать этого не удается даже при бифи-лярной форме меандра. Компенсировать возникающую в этом случае пгфазитную ЭДС наиболее эффективно с помощью петли токоподводящих проводов, в которой будет индуцирована противо-ЭДС.

В наствящее время зарубежные и отечественные разработчики магниторезисторов ведут интенсивные поиски более совершенных конструктивно-технологических решений с использованием новых материалов. Цель этой работы-дальнейшее улучшение эксплуатационных характеристик приборов, в первую очередь - значительное повышение чувствительности и номинального сопротивления (в 10 и более раз), снижение температурного коэффициента чувствительности магниторезисторов.

М.ЕАРАНОЧНИКОВ

г.Москва

ЛИТЕРАТУРА

7. Марченко А.Н., Свечников СВ., Смовж А.К. Полупроводниковые сенсорные потенци-окютрические элементы. - М.:Радио и связь, 1988.

8. Wellhauzen Н. Elecktronischer Kompeb. Elektronic, 8/14,4, 1987.

ЛИТЕРАТУРА

1. Хомерики O.K. Полупроводниковые преобразователи магнитного поля. - М.: Энерго-изяат. 1986.

?. Prognosis Theoretical Phisics, 1962, № 27 (4). p.77i

3. Кираев П.С. Физика полупроводников (учебное пособие для ВТУЗов). - М.: Высшая школа, 1969.

4. Марченко А.Н. Управляемые полупроводниковые резисторы. - М.: Энергия, 1978.

5. Зайцев Ю.В., Марченко А.Н., Вашевко В.И. Полупроводниковые резисторы в электротехнике. - М.: Эиергоиздат, 1988.

6. Магниторезисторы СМ4-1. Технические условия ОЖО,468.376 ТУ, 1981.