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

Рис. 2.78. Типичная волътамперная характеристика германиевого магнитодиода

-0,2 Тл -0,1 Тл

= 0,1 Тл -=0,2 Тл

ид,в

0 2 4 6 8

Одинаковые магнитодиоды могут включаться последовательно. Характеристики двух последовательно включенных германиевых магнитодиодов даны на рис. 2.79.

При отсутствии магнитного поля напряжение питания ГГд делится пополам. При воздействии магнитного поля сопротивление одного диода уменьшается, а другого - увеличивается, что приводит к изменению напряжения Ugj. Такие приборы ( двойки ) изготавливаются в одном кристалле и размещаются в одном общем корпусе, что значительно повьппает термическую стабильность аппаратуры.

Из двух двоек можно составить измерительный мост, состояпщй из четьфех магнитодиодов. В этом случае целесообразно объединить попарно два магнитодиода верхней половины моста и два магнитодиода нижней половины, используя для верхней части обпщй анод, а для нижней - обпщй катод.

Преимуществом германиевых магнитодиодов является высокая удельная магнитная чувствительность при низких напряжениях источника питания. Наивысшая чувствительность этих магнитодиодов достигается при больших значениях сопротивления нагрузки (Кд= (1 -100 МОм), но при этом сильно увеличивается постоянная времени и возрастает напряжение питания.

Рис. 2.79. Характеристики двух последовательно включенных германиевых магнитодиодов


Главным недостатком германиевых магнитодиодов считается сравнительно низкая предельная температура эксплуатации - до +85 С.

2.3.5. Применение магнитодиодов

Магнитодиоды применяются в качестве чувствительных элементов в функционально-ориентированных магнитных датчиках: скорости и направления вращения, угла поворота и преобразователях типа угол-код , уровня и т.п. Их используют в бесконтактной клавиатуре ПЭВМ, вентильных электродвигателях, бесконтактных реле предельного тока, регуляторах электрической мопщости,. в бытовой электронной аппаратуре, системах автоматического управления, устройствах считывания информации ЭВМ, в электронных и электрифицированных игрушках и др.

2.3.4. Германиевые магнитодиоды

Конструкция германиевых магнитодиодов практически не отличается от конструкции кремниевых. Для изготовления германиевых магнитодиодов используется сплавная и планарная технологии.

В первых магнитодиодах величина удельной магнитной чувствительности не превьппала 500 В/ТлгА [15, 24, 33]. Японская фирма Sony серийно выпускает германиевые магнитодиоды с удельной магнитной чувствительностью до 2г10В/ТлгА. Типичная вольт-амперная характеристика магнитодиода приведена на рис. 2.78 [24, 42].



Высокая магнитная чувствительность магнитодиодов позволяет использовать их в бесконтактных системах электронного зажигания; системах умножения и деления; схемах измерения электрической мощности и мощности СВЧ -излучения; в магнитной дефектоскопии для контроля качества проката труб, стальных деталей, рельсов, элементов ходовой части транспорта; в биологии и медшщне в качестве датчиков измерения пульса, кровяного давления и глубины дыхания и т.д. [67, 24].Современная групповая технология ИС позволяет выпускать интегральные преобразователи магнитного поля на основе магнитодиодов, которые могут формироваться как в линейные, так и в матричные магниточувствительные структуры с различным способом их организащш. .

Основное назначение таких приборов - это использование их в системах визуализации магнитного поля и устройствах считывания информации с магнитных носителей (лент, карт и т.п.).

Подробнее о способах организации многоканальных и многоэлементных магниточувствительных структур, а так же о возможных областях их применения см. в главах 4 и 6.

Особенности применения магнитодиодов

При использовании магнитодиодов необходимо учитывать те же требования и условия, что и при эксплуатации других типов преобразователей магнитного поля, а также те, которые указаны в нормативно-технической документации.

Магнитодиоды следует устанавливать таким образом, чтобы силовые линии источника управляющего магнитного поля были перпендикулярны боковым граням полупроводниковой структуры. Допускается работа нескольких магнитодиодов при их последовательном соединении.

Схемы включения магнитодиодов

Схему включения магнитодиода выбирают исходя из конкретных условий применения и, как правило, индивидуально для каждого типа приборов.

Па рис. 2.80 даны без объяснений две простейшие схемы включения магнитодиодов в электрическую схему.



Рис. 2.80. Простейшие схемы включения магнитодиодов: а- в транзисторный каскад;

б- к операционному усилителю

Дополнительную информацию: см. в [10, 15, 18, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 33, 41, 42, 54, 59, 65, 66,

67].



2.4. Магнитотранзисторы

Из известных нолунроводниковых преобразователей магнитного поля наиболее перспективными считаются магниточувствительные транзисторы - приборы, обладающие высокой чувствительностью и разрешающей способностью.

Магнитотранзисторами (МТ) назьшаются транзисторы, конструктивные и рабочие параметры которых оптимизированы для получения максимальной чувствительности коллекторного тока к магнитному полю. (В зарубежной литературе магнитотранзисторы иногда назьшают магнисторы).

В зависимости от того, параллельно или перпендикулярно технологической поверхности кристалла протекает рабочий ток, магнитотранзисторы условно подразделяются на вертикальные и горизонтальные (латеральные^ магнитотранзисторы.

Вертикальные магнитотранзисторы (ВМТ) могут реагировать лишь на лежащую в плоскости кристалла (продольную) компоненту магнитного поля, а горизонтальные (ГМТ) - также и на перпендикулярную этой плоскости поперечную компоненту.

В зависимости от того, к перпендикулярной или параллельной составляющей (относительно технологической поверхности) магнитного поля чувствительны магнитотранзисторы, они делятся соответственно на поперечные и продольные.

В зависимости от природы переноса неосновных носителей заряда в базе, магнитотранзисторы, в свою очередь, делятся на диффузионные и дрейфовые.

2.4.1. Биполярные магнитотранзисторы

Обьганый биполярный транзистор представляет собой полупроводниковую структуру р-п-р или п-р-п типа с контактами в каждой из этих областей. Обьгано один р-п переход (эмиттер) включается в прямом направлении и является источником неравновесных носителей. Второй р-п переход (коллектор) включается в обратном направлении. Сопротивление коллектора модулируется неравновесными носителями, инжектированными из эмиттера. Центральный слой транзисторной структуры назьшается базой. Коэффищ1ент усиления транзистора определяется коэффшщентом переноса (3, коэффшщентом инжекщш и коэффшщентом усиления коллектора а^ (отношением изменения тока коллектора к изменению тока неосновных носителей заряда, дошедших до коллектора):

2Х-Ун Р к 2.19)

в тонких транзисторах, которые обьгано используются, длина базы d намного меньше диффузионной длины пробега носителей L (d L). В этих транзисторах незначительные изменения коэффшщента усиления по току эмиттера могут вызвать очень большие изменения тока. Так как в таких транзисторах коэффищ1ент усиления связан квадратичной зависимостью с длиной диффузионного смещения, равнойг

/21 =1-0,5 Х(-) (2.20)

То любые воздействия на нее будут приводить к значительному изменению тока. Таким образом, на основе транзисторов возможно создание таких же приборов, основанных на управлении длиной диффузионного смещения, как и на длинных диодах. Роль сопротивления базы в них играет сопротивление коллекторного р-п- перехода, включенного в обратном направлении.

В длинных транзисторах (d > 3L) коэффициент усиления значительно меньше единицы и связан экспоненциальной зависимостью с длиной диффузионного смещения следуюпщм вьфажением:

А .2хехр(.) <->

В этих транзисторах возможно управление током путем воздействия на длину диффузионного смещения [24].

Таким образом, на основе транзисторных структур могут быть созданы приборы с высокой чувствительностью к изменениям длины диффузионного смещения и, следовательно, обладаюпще высокой чувствительностью к магнитному полю. Возможно создание тонких , и длинных магнитотранзисторов.

Тонкие торцевые магнитотранзисторы обладают высокой магнитной чувствительностью только при hj 1, при условии, что отличие коэффициента переноса от единицы связано с рекомбинационными процессами. При этом коэффициент инжекции тоже близок к единице.

Вольтовая магнитная чувствительность у^ тонких торцевых магнитотранзисторов будет большой при достаточно высоких рабочих напряжениях, а токовая у^ при любых напряжениях.

В настоящее время отсутствуют данные о тонких торцевых магнитотранзисторах, обладающих высокой магнитной чувствительностью. В этом отношении перспективными могут оказаться планарные транзисторы с высоким коэффициентом усиления.



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