Частотные характеристики кремниевых магнитодиодов

Магнитная чувствительность магнитодиодов зависит и от частоты переменного магнитного поля. В магнитном поле происходит изменение распределения инжектированных в базу носителей и изменение инжекции из р-п перехода. Инерционностью этих процессов и определяется зависимость магнитной чувствительности от частоты модуляции магнитного поля.

Рис. 2.69. Частотная зависимость эффективного значения переменной составляющей приложенного к магнитодиоду напряжения смещения (U под действием поперечного переменного магнитного поля в режиме малого сигнала для магнитодиодов КД301А - КДЗОШ

О

10 f u

На рис. 2.69 приведена частотная зависимость эффективного значения переменной составляющей приложенного к магнитодиоду напряжения смещения (Ц^) под действием поперечного переменного магнитного поля в режиме малого сигнала для магнитодиодов КД301А- КДЗОШ. Из рис. 2.69 видно, что сигнал не зависит от частоты до частот, равных нескольким килогерцам [24].

Рис. 2.70. Зависимость эффективного значения переменной составляющей напряжения на магнитодиоде от частоты модуляции магнитного потока для диодов КД304А-1 - КД304Ж-1

в магнитодиодах КД304А-1 - КД304Ж-1 частотная зависимость имеет сложный вид: после плато наблюдается минимум (рис. 2.70), а затем (на частоте 20-30 кГц) - максимум. Поскольку прямая и обратная ветви ВАХ магнитодиодов КД304А-1 - КД304Ж-1 имеют симметричный вид, то аналогичный вид имеет и частотная зависимость для обратной ветви ВАХ.

Частотная характеристика магнитодиодов КД304А1-1 - КД304Ж1-1 аналогична частотным зависимостям магнитодиодов КД304А-1 - КД304Ж-1. Граничная частота для магнитодиодов - примерно 10 кГц [22, 24].

Пороговые характеристики кремниевых магнитодиодов

Пороговые характеристики магнитодиодов определяются уровнем собственных шумов. Составляющие этих шумов рассматриваются в литературе [5, 10,21].

Условно уровень шумов характеризуется коэффициентом шума К, определяемым отношением наблюдаемых флюктуации к амплитуде тепловых шумов.

На рис. 2.71 приведены частотные зависимости коэффициента шума (К) магнитодиодов в отсутствие магнитного поля при различных значениях прямого тока.

Из рис. 2.71 видно, что в области низких частот (f < 10 Гц) величина К практически не зависит от частоты. При этом в области токов порядка 1 мА уровень шумов магнитодиода превьппает уровень тепловых шумов. В области f > 10Гц коэффициент К уменьшается и при частотах порядка в пределах 10 МГц для всех значений токов принимает значение порядка единицы. С увеличением тока через магнитодиод коэффициент шума (К) сильно растет, особенно в области низких частот.

Рис. 2.71. Типовая зависимость коэффициента шума (К) кремниевых магнитодиодов от частоты приВ = 0

Пороговая чувствительность Bjj(cm. табл. 2.1) характеризуется минимальной магнитной индукцией, которую можно обнаружить с помощью магнитодиода. Па рис. 2.72 приведены результаты расчета пороговой чувствительности при различных значениях прямого тока через магнитодиод для частоты модуляции магнитного потока 1кГц, при полосе пропускания измерительного тракта 10 Гц и отношении сигнал/шум, равном единице [24].

Рис. 2.72. Зависимости от тока через магнитодиод: 1 - пороговой чувствительности; 2 -среднего квадрата шумового напряжения

2.3.2. Полярные магнитодиоды

Полярными называют магнитодиоды, в которых знак изменения тока зависит от направления магнитного поля. Типичная вольт=амперпая характеристика кремниевого магнитодиода с полярной чувствительностью приведена на рис. 2.73.а [24].

Рис. 2.73. Типичные характеристики кремниевого магнитодиода с полярной чувствительностью: а - вольт=

амперная; б - вольт-тесловая

Зависимость тока, протекающего через диод, от напряжения при малых смещениях близка к линейной. В рабочей области токов ВАХ можно аппроксимировать степенным законом 1д, где показатель степени а > 2. Показатель степени а зависит от конструкщш магнитодиода, а также от направления и значения индукщш управляющего магнитного поля. В поле В он несколько возрастает, а в поле В*- убывает.

Полярная магниточувствительность наблюдается в ппфоком диапазоне токов и значений индукщш магнитного поля (рис. 2.73.6). При слабых магнитных полях В < 0,1 Тл отрицательная и положительная магниточувствительности примерно равны. Минимум вольт-тесловой характеристики полярных магнитодиодов смещен в область отрицательных значений индукции. Дифференциальная вольтовая магниточувствительность около минимума меняет знак. Зависимость вольтовой магнитной чувствительности от индукции магнитного поля приведена на рис. 2.74.

Рис. 2.74. Зависимость вольтовой магнитной чувствительности полярного магнитодиода от индукции управляющего магнитного поля

Температурная зависимость ВАХ полярных магнитодиодов аналогична зависимости от температуры ВАХ неполярных диодов. Температурная зависимость магниточувствительности в поле В* сильнее, чем в поле В [26,29].

На рис. 2.75 приведены частотные характеристики зависимости эффективного значения переменной составляющей прямого напряжения полярного магнитодиода при различных токах 1д. При низких частотах модуляции магнитного потхжа магнитная чувствительность постоянна примерно до 10 кГц. При дальнейшем увеличении частоты магниточувствительность уменьшается. Граничная частота полярных магнитодиодов составляет примерно 20 кГц [24].

Рис. 2.75. Зависимость эффективного значения переменной составляющей прямого напряжения от частоты модуляции магнитного потока для полярного магнитодиода

2.3.3. Магнитодиоды с эффектами переключения и памяти

С появлением халькогенидных полупроводниковых стекол были разработаны магнитодиоды, обладающие специфическими характеристиками. Промышленный вьшуск таких приборов еще впереди, поэтому ограничимся кратким описанием принцинаов их работы [24].

Действие магнитодиодов основано на использовании оригинальных свойств халькогенидных стекол. Слои халькогенидных полупроводниковых стекол, если их поместить между металлическими электродами, обладают симметричными вольт-амперными характеристиками с участками отрицательного сопротивления, разделяющими два возможных устойчивых состояния - высокоомное и низкоомное. При определенных составах халькогенидных стекол такие структуры после перехода в низкоомное состояние остаются в нем, и после снятия напряжения смещения, то есть в них наблюдается эффект <шамяти . Перепад сопротивлений в высокоомном и низкоомном состояниях может превышать 3-4 порядка при отношении порогового напряжения к остаточному до 10-50 раз. Эффекты переключения и памяти определяются объемными процессами и не связаны с существованием р-п или гетеропереходов.

На рис. 2.76.а,б показана структура магнитодиода с аморфно-кристаллическим гетеропереходом, реализованная на базе структур отечественных магнитодиодов типа КДЗОЗ, КД304. На рис. 2.76.в приведена вольт-амперная характеристика такого диода [24].