В России и за рубежом вьшускается широкая номенклатура магниторезисторов, отличаюпщхся типом конструкциеий и технологией изготовления магниточувствительного элемента и магнитной цепи. Особенно разнообразен ассортимент зарубежных магниторезисторов.

В этой главе рассматриваются конструкции некоторых типов отечественных магниторезисторов. Конструкция и параметры аналогичных зарубежных приборов мало чем отличаются от характеристик отечественных.

Вьщеляются две большие группы магниторезисторов, которые условно можно разделить на монолитные и пленочные .

2.2.1. Монолитные магниторезисторы

Действие монолитных магниторезисторов основано на эффекте Гаусса, который характеризуется возрастанием сопротивления проводника (или полупроводника) при помеш;ении его в магнитное поле. Конструкция монолитного магниторезистора приведена на рис. 2.34.

Магниторезистор представляет собой подложку с размеш;енным на ней магниточувствительным элементом (МЧЭ). Подложка обеспечивает механическую прочность прибора. Элемент приклеен к подложке и запщщен снаружи слоем лака. МЧЭ может размеш;аться в оригинальном или стандартном корпусе и снабжаться ферритовым концентратором магнитного поля, или смеш;аюпщм постоянным микромагнитом.

2.2. Магниторезисторы

Магниторезисторы - это электронные компоненты, действие которых основано на изменении электрического сопротивления полупроводника (или металла) при воздействии на него магнитного поля.

Механизм изменения сопротивления довольно сложен, так как является результатом одновременного действия большого числа разнообразных факторов. К тому же он не одинаков для разных типов приборов, технологийи и материалов. Даже краткое описание принципа действия магниторезистора заняло бы слишком много места, поэтому ограничимся указанием соответствуюш;ей литературы [24, 30, 36, 45, 52, 67 и др.].

Магниторезисторы характеризуются такими параметрами, как чувствительность, номинальное сопротивление, рабочий ток, термостабильность и быстродействие, диапазон рабочих температур.

Определения основных параметров и специфические термины, используемые для оценки качества магниторезисторов, приведены в табл. 2.7.

Таблица 2.7. Специфические термины и определения основных параметров магниторезисторов

Магниточувствительный элемент^Подложка

Рис. 2.34. Конструкции монолитного магниторезисторов

Монолитные магниточувствительные элементы изготавливаются из полупроводниковых материалов, обладающих высокой подвижностью носителей заряда. К таким материалам относятся антимонид индия (InSb) и его соединения, арсенид индия (InAs) и др.

В зависимости от назначения прибора МЧЭ могут иметь различную форму. Наиболее известны МЧЭ прямоугольной формы и имеющие вид меандра (рис. 2.35а; 2.356; 2.35в).

И

Рис. 2.35. Варианты топологии МЧЭ монолитных магниторезисторов

Элементы, показанные на рис. 2.35.г,д,е, предназначены для использования в магнитоуправляемых устройствах с круговым перемещением источника магнитной индукции. Магниточувствительный элемент, изображенный на рис. 2.35ж, представляет собой круговой магниторезистивный мост.

Наибольшее распространение получил эвтектический сплав InSb-NiSb, легированный теллуром. В России этот сплав известен под названием СКИН.

В зарубежных приборах применяется аналогичный сплав, трех модификаций: L, D, N.

Типичная зависимость магниторезистивного отношения (R/Rg) МЧЭ, изготовленных из сплава InSb- NiSb, от индукции управляющего магнитного поля показанаы на рис. 2.36 [122, 123].

20 4

О

Рис. 2.36. Типичная зависимость МЧЭ, изготовленных из различных модификаций сплава InSb-NiSb, от величины индукции управляющего магнитного поля

О

Как следует из рис. 2.36, зависимость магнитной чувствительности монолитного МЧЭ в области слабых полей близка к квадратичной, а в области сильных полей - практически линейна. Область перехода от слабых полей к сильным для реальных магниторезистивных элементов лежит в пределах 0,2-0,4 Тл [30,67,106,107].

Чувствительность магниторезистивного элемента изменяется и при изменении угла между вектором магнитной индукции и плоскостью элемента. Эта зависимость вьфажается формулой: [30]

{R,R -)/R,= [{R,R.IR,], X {sin ф/[1 + x B) xcos ф]} а )

где сопротивление МЧЭ при воздействии магнитного поля (В = BJ; - сопротивление МЧЭ при отсутствии магнитного поля (В = 0); ф - угол между векторами напряженности электрического и магнитного полей.

На рис. 2.37 приведена зависимость относительной чувствительности магниторезистора от угла ф. В монолитных МЧЭ, как правило, вектор напряженности электрического поля лежит в плоскости чувствительного элемента. Поэтому максимальная чувствительность монолитного МЧЭ достигается при нормально падающем магнитном потоке (ф = 90 ).

Рис. 2.37. Зависимость относительного изменения сопротивления монолитного МЧЭ от угла между вектором магнитной индукции и плоскостью магниторезистивного элемента, изготовленного из сплава InSb-NiSb

о

30 60 90 120 150 180

При использовании концентраторов и других элементов магнитных систем зависимость (2.9) может быть иной [67].

Сопротивление и чувствительность магниторезисторов зависят от температуры. На рис. 2.38 приведены типичные зависимости параметров магниторезисторов на основе InSb-NiSb от температуры окружающей среды и магнитной индукции.

Рис. 2.38. Характерная зависимость магнитной чувствительности МЧЭ, изготовленного из сплава InSb-NiSb, от индукции управляющего магнитного поля при различной температуре

0,15 0,25 0,35 0,45 0,55 0,65 0,75 0,85 0,95 1,0

Производство и образцы монолитных магниторезисторов

Разработкой монолитных магниторезисторов в СССР занималось множество организаций, в их числе НИИ ГИРИКОНД (п Ленинград), ОКБ ПО Гиперон (п Москва), ВНИИ Чермет (п Москва) и др. Однако серийное производство было освоено только ПМЗР ПО Гиперон .

Основные параметры, внешний вид и характеристики некоторых типов отечественных монолитных магниторезисторов приведены в главе 10.

Все отечественные монолитные магниторезисторы изготавливались по одинаковой технологии и имели типовую конструкцию.

Магниточувствительные элементы отечественных магниторезисторов изготовлены из эвтектического сплава InSb-NiSb. Они имеют форму меандра с шириной дорожки 100 мкм, при толщине элемента 50-100 мкм. МЧЭ установлены на основании из слюды, пермендюра или пермаллоя. Вьшоды - гибкие, проволочные, припаяны к контактным площадкам. Весь пакет покрыт слоем защитного лака. Максимальная толщина магниторезистора не превьппает 0,8 мм.