Снос зданий:
ecosnos.ru
Главная  Микромагнитоэлектроника: направление технологии 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 [ 19 ] 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122

п

Р

< d

/ в=о в#о/

J-У-/

1 т

II / II / / / 1 / / /

1 \ у

Обпщй в)

Рис. 2.64. К пояснению принципа действия магнитодиода: а - конструкция перехода; б--вольтг= амперная характеристика; в - схема включения

Магнитодиод представляет собой полупроводниковый прибор с р-п- - переходом и невьшрямляюпщми контактами, между которыми находится область высокоомного полупроводника (рис. 2.64а). Отличие от обычных полупроводниковых диодов состоит в том, что магнитодиод изготавливается из высокоомного полупроводникового материала, проводимость которого близка к собственной, ширина базы d в несколько раз больше диффузионной длины пробега носителей L, в то время как в обьганых диодах d < L. В длинных диодах при прохождении электрического тока определяющими становятся процессы, зависящие от рекомбинации и движения неравновесных носителей заряда в базе и на поверхности [24].

В прямом направлении при высоких уровнях инжекции проводимость магнитодиода определяется инжектированными в базу неравновесными носителями. Падение напряжения происходит не на р-п- -переходе, как в диоде, а на высокоомной базе.

Если магнитодиод, через который протекает ток, поместить в поперечное магнитное поле, то произойдет увеличение сопротивления базы.

Сопротивление базы увеличивается и за счет повьппения роли поверхностной рекомбинации; отклоняюпщхся к поверхности полупроводника носителей заряда.

Эквивалентную схему магнитодиода можно представить в виде магниторезистора с последовательно включенным усилителем. Типичная вольт-амперная характеристика торцевого магнитодиода приведена на рис. 2.64.6.

Определения специфических параметров и терминов, используемых при описании работы магнитодиодов, даны в табл. 2.10.

Для изготовления МЧЭ элементов магнитодиодов в основном используются германий (Ge) и кремний

(Si).

В настоящее время существует широкая номенклатура магнитодиодов, отличающихся технологией их изготовления и разнообразием конструктивного оформления. При производстве магнитодиодов используются сплавная, биполярная, МОП и другие технологии.

Конструкции магнитодиодов и обьганых диодов во многом похожи. Принципиальная разница заключается в том, что корпус магнитодиодов вьшолняется из немагнитного материала.

2.3.1. Кремниевые магнитодиоды

Кремниевые магнитодиоды составляют отдельную группу преобразователей магнитного поля. Первые магнитодиоды изготавливались по отработанным в свое время сплавной и планарной технологиям, широко применяемым при изготовлении обьганых (вьшрямительных) диодов.

Па основе типовых технологий в СССР были разработаны и серийно выпускались кремниевые магнитодиоды серий КД301, КДЗОЗ и КД304.

Торцевые магнитодиоды КД301А..КД301Ж.

Магнитодиоды КД301А...КД301Ж изготавливались по сплавной технологии с использованием методов ионного легирования.

Магниточувствительный элемент магнитодиода вьшолнен из высокоомного кремния и представляет собой кристалл размером 1Г0,5Г0,5 мм. К контактным площадкам кристалла припаяны плоские проволочные вьшоды. Вся конструкция запщщена эпоксидным компаундом ЭП-91.

Магнитодиоды серии КД301 обладают одинаковой чувствительностью к магнитной индукции независимо от ее направления.

2.3. Магнитодиоды

Отдельную большую, группу преобразователей магнитного поля представляют магнитодиоды. Магнитодиодом (МД) назьшается преобразователь магнитного поля, принцип действия которого основан на магнитодиодном эффекте [15, 24, 67].



Таблица 2.10. Специфические термины и определения основных параметров магнитодиодов

Наименование параметра, термина.

Условное обозначение (альтернативное обоз-

Единица измерения

Определение

Прямое напряжение

(Up)

В

Падение напряжения на магнитодиоде впроводящем направлении при пропускании через него номинального прямого тока 1 и в отсуювии поперечного магнитного поля.

Прямой рабочий ток

А (мА)

Значение прямого (неизменного во времени) тока через магнитодиод, длительное протекание которого не вызывает его недопустимого перегрева прибора.

Максимально допустимыйпрямой импульсный ток

-ном.имп.

А (мА)

Ток, определяемый из условий, что длительность импульса должна быть не более 6 мс, а средняя рассеиваемая мощность на магнитодиоде не превышает допустимую.

Максимально допустимый постоянный обратный ток

А (мА)

Ток, равный значению обратного тока при приложении к магнитодиоду обратного напряжения в 100 В.

Максимально

допустимаярассеиваемая

мощность

р

макс (Р.с)

Вт (мВт)

Мопщость, определяемая из условий, что магнитодиод помещен в среду неподвижного воздуха при темпера-туре 25С, а температура р-п перехода магнитодиода при этом не превышает допустимую.

Выходной сигнал (по напряжению)

В

Представляет собой разность выходных напряжений:Ди = = -Uo где Ub - напряжение на выходе магнитодиода при номинальном значении индукции магнитного поля; Uq - напряжение на выходе магнитодиода при отсутствии магнитного поля.(В=0)

Магнитная чувствительность магнитодиодаполя по напряжению.

В/Тл мВ/мТл

Отношение напряжения выходного сигнала магнитодиода к значению

номинальной индукции: Yu~Ujhx/B u

где ивых - напряжение сигнала на выходе магнитодиода.

Выходной сигнал (по току)

А (мА)

Представляет собой разность выходныхтоков: Д1 =1 = 1в -1 > где Ib-tok, протекаюпщй через маг-нитодиод при номинальном значении индукции магнитного поля; Iq-tok, протекаюпщй через магнитодиод при отсутствии магнитного поля и (В-0)

Магнитнаячувствительность магнитодиода по току.

Yi (Кво)

А/Тл мА/мТл

Отношение выходного тока сигнала магнито диода к значению номинальной индукции: у j =1вых/В„

Разность

магниточувствительностей (степень ассиметрии) магнитодиода

В/Тл мВ/мТл

Определяется как разность магнитнойчувствительности магнитодиода возникающая при изменении направления управляющего магнитного поля: Ду = у„+-у„-,

где у„+ - чувствительность при положительном направлении магнитногополя; у„- чувствительность при отрицательном направлении магнитного поля.

Планарные магнитодиоды серии КДЗОЗА - КДЗОЗЖ.изготавливались по планарной технологии.

Магниточувствительный элемент магнитодиода вьшолнен из высокоомного кремния и представляет собой кристалл размером 2lll0,4 мм. К контактным площадкам кристалла припаяны плоские проволочные выводы. Вся конструкция защищена эпоксидным компаундом ЭП-91.

Структура МЧЭ магнитодиодов КДЗОЗА - КДЗОЗЖ не симметрична и при обоих направлениях тока ВАХ и магнитная чувствительность приборов не одинаковы.

Планарные магнитодиоды серии КД304А-1 - КД304Ж-1 изготавливались по планарной технологии с использованием ионного легирования. Конструкция этих магнитодиодов аналогична конструкции КДЗОЗ. Структура МЧЭ магнитодиодов КД304А-1 - КД304Ж-1 симметрична и при обоих направлениях тока ВАХ и магнитная чувствительность приборов примерно одинаковы.

Планарные магнитодиоды КД304А1-1 - КД304Ж1-1 являются модифицированным вариантом магнитодиодов КД304А-1 - КД304Ж-1. Они выпускались по упрощенной технологии. Конструкция магнитодиодов КД304А1-1 - КД304Ж1-1 идентична конструкции магнитодиодов КД304А-1 - КД304Ж-1.

Параметры и конструкция (рис. 2.65) отечественных кремниевых магнитодиодов, в основном, соответствуют показателям их зарубежных аналогов [24,27, 54, 42].



}/мТл

В=+0,3 т

л

1=3л

А

1=1]

В=-0,3 Тл


-60 -30 о 30 60 т, с

-60 -40 -20 О 20 40 60 80

Рис. 2.68. Типичные температурные зависимости: а - вольтовой магнитной чувствительности; б -токовой магнитной чувствительности -(в магнитном поле В = ±0,3 Тл.)

Для каждого значения тока, протекающего через магнитодиод, существует такое значение магнитной индукции, при котором температурная зависимость тока меняет знак. Это значение индукции, убьшает с ростом напряжения смещения (Пд). Вблизи этих значений магнитной индукции обеспечивается слабая зависимость от температуры, как вольтамперной характеристики, так и магнитной чувствительности.

Каждая группа магнитодиодов имеет несколько различающееся оптимальные значения магнитной индукции в рабочем диапазоне температур. Это следует учитьтать при разработке аппаратуры с применением кремниевых магнитодиодов.

Для магнитодиодов КД301А- КД301Ж область слабой температурной зависимости тока при 1=1 мА расположена в интервале значений В = 0,12-0,17 Тл, а при токе 1 = 3 мА - в интервале значений В = 0,11-0,13 Тл. Для магнитодиодов КД304А-1 - КД304Ж-1 при токе 1=1 мА эта область расположена в интервале при В = 0,12-0,17 Тл [24, 54].

Кремниевые магнитодиоды обладают лучшей температурной стабильностью и значительно более широким температурным рабочим диапазоном по сравнению с германиевыми магнитодиодами [28, 29].

Принцип действия магнитодиода (рис. 2.67) заключается в следующем.

Электроны и дьфки из п+и р+областей в слаболегированную п область, где они дрейфуют под воздействием электрического поля. Поверхность раздела (Si-SiO) в пластине имеет низкую скорость рекомбинации Sno сравнению со скоростью рекомбинации нижней границы раздела (Si-AlOj). Магнитное поле в плоскости отклоняет носители заряда к одной из плоскостей, и в вольтамперной характеристике происходят соответствующие изменения. Прибор имеет высокую магнитную чувствительность. Однако есть и некоторые недостатки.

Основным недостатком считается сильная нелинейность энергетической характеристики чувствительности, которая зависит от направления воздействующего магнитного поля. Дополнительной проблемой является и сильная зависимость параметров прибора от температуры [37].

Температурные характеристики кремниевых магнитодиодов

Параметры магнитодиодов зависят от температуры окружающей среды. Температурные зависимости магнитной чувствительности кремниевых магнитодиодов приведены на рис. 2.68.

Температурный коэффициент сопротивления (ТКС) при малых токах имеет отрицательное значение, а при больших (ГГд > Пщщ) - положительное. В работах Г. А. Егизаряна и др. [28,29] рассмотрены зависимости ТКС от индукции магнитного поля при различных температурах. В области слабых магнитных полей наблюдается прямая температурная зависимость сопротивления, а в области сильных - инверсная.



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 [ 19 ] 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122