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

Наличие двух стоковых областей 1 и 2, топологически разпесеппых друг от друга па небольшое расстояние (4-15 мкм) и одинаковом удаленных относительно линии симметрии структуры и области истока 3, позволяет при отсутствии магнитного поля (В = 0) в активном режиме работы транзистора фиксировать две равные величины стоковых областей. Нри воздействии управляющего магнитного поля, направленного перпендикулярно к поверхности кристалла, происходит отклонение носителей заряда в области канала МОН транзистора 4, что приводит к изменению их траектории движения и, следовательно, к увеличению тока одного из стоков относительно другого. Регистрируемый разбаланс токов стоков прямо пропорщюнально зависит от индукции магнитного поля, а его знак определяется направлением вектора индукции.

Относительная магнитная чувствительность (S.) приборов такого типа составляет 4-5%/Тл. Значение удельной магнитной чувствительности для аналогичных приборов достигает 10 В/Тл х А при температурном коэффициенте -0,2...-0,6% на градус Цельсия [69, 6, 20].

2.4.5. Биполярный горизонтальный МОП р-п-р транзистор

На рис. 2.86 приведена структура биполярного п-р-п магнитотранзистора, изготовленного по МОН технологии.

Биполярный горизонтальный п-р-п магнитотранзистор (рис. 2.86) имеет п* область первичного коллектора 1, расположенную внутри базовой области р типа 2, а также вторичный коллектор 3, которым служит подложка п типа с кольцевой диффузионной п* областью. В отличие от магнитодиода он имеет два раздельных полосковых базовых контакта 4, 5, расположенных по краям базовой области 2, через которые задается ток смещения. Переход эмитттер-база смещается в прямом направлении, а переходы база--первичный коллектор и база-вторичный коллектор - в обратном направлении. На поверхности структуры располагается поликремневый электрод затвора 6, расположенный на подзатворном диэлектрике 7, на который подается отрицательное смещение относительно области базы, чтобы уменьшить рекомбинацию неосновных носителей в базовой области на границе раздела окисел кремния-кремний.

3 4 7 1 6 8 5 2

Рис. 2.86. Структура биполярного п-р-т магнитотранзистора, изготовленного по МОП технологии: 1 -первичный коллектор; 2 - базовая область; 3 - вторичный коллектор; 4, 5 - базовые контакты; 6-поликремневый электрод затвора; 7-подзатворный диэлектрик; 8 - эмиттер

При воздействии управляющего магнитного поля, параллельного поверхности кристалла, происходит отклонение электронов, инжектированных эмиттером 8 в базовую область. В результате этого изменяется соотношение токов первичного и вторичного коллекторов. В качестве измеряемой величины фиксируется изменение тока первичного коллектора.

Из-за неэквивалентности двух коллекторов чувствительность магнитотранзистора будет различной при разной полярности магнитного поля, что является недостатком данного прибора [69].

2.4.6. Полярный магннтотранзнстор

По определению авторов работы [24], полярным магнитограпзистором называется прибор, у которого знак изменения выходного тока зависит ог направления магнитного поля.

На рис. 2.87 представлена структура и вольтамперпая характеристика магниточувствительного трехэлекгродного полярного прибора [24].

Прибор изготовлен на базе магнитодиода КД304 и имеет п-р-п* структуру. Коллектор и база по выполняемой функции эквивалентны (являются инжекторами дырок в прямосмещепных диодных структурах Б-Э и К-Э, электрически связанных


с обпрш эмиттером).

□ [

К

ш I-1

Р

Рис. 2.87. Полярный магнитотранзистор: а -структура; б - ВАК при различных значениях базового тока и магнитной индукции: В = 0; В* = 0,2 Тл; R = 0,2 Тл




в отсутствие магнитного ноля с ростом базового тока 1 надеине напряжения Uj уменьшается за счет введения в базовую область между К и Э из базового контакта дополнительных носителей заряда. При воздействии управляюш:его магнитного поля и при 1= О наблюдается рост падения напряжения, обусловленный магнитодиодным эффектом. При этом в направлении В+ падение напряжения больше, чем в направлении В . Это можно объяснить магнитодиодным эффектом и наличием захвата дырок обедненной областью у контакта металл-полупроводник.

Рис. 2.88. Зависимость вольтовой магнитной чувствительности полярного магнитотранзистора от индукции магнитного поля при 1= 0,2мА и 1= 120мкА


На рис. 2.88 приведена зависимость вольтовой магнитной чувствительности полярного магнитотранзистора от индукции магнитного поля. В магнитном поле с Впри 1 О отклоняюшдеся носители зарядов обогаш:аюг базовую область с между Э и К носителями заряда и тем самым уменьшают сопротивление этой области. При этом сопротивление оказывается значительно меньше, чем при 1= 0. При значениях 1 О напряжение Ug уменьшается, появляется полярная магниточувствительность, которая с ростом тока 1 вначале возрастает, а затем достигает насьпцения. Таким образом, полярная магниточувствительность управляется током базы 1. С ростом индукции управляюш:его магнитного поля чувствительность в поле В* возрастает по линейному закону, а в поле В она меньше и с увеличением индукции стремится к насьпцению [24].

2.4.7. Однопереходные магнитотранзисторы

Однопереходный магнитотранзистор представляет собой трехэлектродный прибор с одним р-п переходом, расположенным между двумя омическими контактами (рис. 2.89).

Переход р-п включается в прямом направлении и создает неравновесную проводимость, которая зависит от индукции управляюш:его магнитного поля. В обеих цепях однопереходного магнитотранзистора существуют области отрицательного сопротивления: в цепи эмиттер - база S типа, в цепи база-база ЛГтипа.

п

п

®

п

Рис. 2.89. Симметричный однопереходный магнитотранзистор: а, б - структуры; в - ВАХ


Однопереходные магнитотранзисторы называются симметричными, когда р-п переход расположен в середине межбазовой (Б1-Б2) области, и несимметричными, когда р-п переход смещен. Если в обычных транзисторах отношение d/L имеет минимальное значение для обеспечения наилучших переключающих свойств, то в однопереходном магнитотранзисторе это отношение должно быть достаточно большим для проявления магнитодиодного эффекта [15,24].

На рис. 2.89.в приведено семейство ВАХ база-база симметричного однопереходного магнитотранзистора. Инжекцию носителей можно создать из какого-либо базового контакта. В такой конструкции (рис. 2.89.6) основным зависящим от магнитного поля параметром будет Ugj.

Инжектированные из прямосмещенного базового р-п перехода (Б2), носители заряда будут достигать центрального р-п перехода и изменять его ток насьпцения. Если переход включен в обратном направлении, то его ток полностью определится концентрацией дошедших до него неосновных носителей, инжектированных из базового р-п перехода. Инжекцией из базового р-п перехода можно модулировать сопротивление нижней части базы, тем самым; уменьшая

В магнитном поле, отклоняющем инжектированные из базового р-п перехода носители к области с высокой скоростью рекомбинации, исходное сопротивление базы растет, что приводит к увеличению В противоположном направлении магнитного поля Uj уменьшается [15,24].




2.4.8. Многоколлекторные и многостоковые магнитотранзисторы

Расширение функций, реализуемых магаитоэлектронными устройствами, привело к необходимости разработки нового поколения магниточувствительных элементов. Такие МЧЭ должны регистрировать магнитные поля, действуюпще в двух или трех ортогональных направлениях.

Для получения магниточувствительных структур с расширенными функциональными характеристиками, наряду со стандартными технологиями микроэлектроники (биполярная, МОП и т.п.), используют менее распространенные интегральные технологии: кремний на изоляторе , МОП технология с двойной диффузией (ДМОМ), технологии, основанные на формировании инжекционно-полевых и PL-струкгур и др.

Па рис. 2.90 приведена структура прибора, предназначенного для регистрации трех (X,Y,Z) пространственных компонент магнитного поля. Прибор изготовлен по ДМОМ технологии.

Cz,(C)

Рис. 2.90. Поперечное сечение структуры трехмерного прибора: С^, С^и С^, С^ -измерительные стоки вертикального и горизонтального ДМОМ магнитотранзисторов соответственно; 3 -электрод затвора; И^и И^ истоковые области ДМОМ магнитотранзисторов

Структура прибора, рассмотренная на рис. 2.90, представляет собой несколько магнитотранзисторов, объединенных в одном интегральном устройстве.

Для измерения компоненты вектора магнитной индукции, направленной перпендикулярно поверхности кристалла, используется один горизонтальный двухстоковый ДМОМ транзистор с индуцированным каналом п типа проводимости.

Измерение двух других составляющих магнитного поля, параллельных поверхности кристалла, осуществляется двумя ортогонально расположенными вертикальными ДМОМ транзисторами, каждый из которых имеет две (С^, С,) заглубленные (вьшолненные на основе скрытого п+слоя) области стока.

Для реализации трехмерного прибора использовался эпитаксиальный слой п типа толщиной 16 мкм, сформированный на кремниевой подложке р типа.

Чувствительность прибора к тангенциальной составляющей магнитного поля достигается за счет отклонения силой Лоренца электронов, инжектированных из п+- области истока И^ и двигающихся за счет тянущего поля через канал ДМОМ транзистора, а затем вниз через слаболегированный эпитаксиальный слой, и в конечном счете достигаюпщх двух симметрично расположенных заглубленных областей стоков С^, С,. Разбаланс этих токов, вызванный воздействием управляющего магнитного поля, линейно зависит от индукции поля и является полезным сигналом.

В горизонтальном двухстоковом ДМОМ транзисторе; инжектированные истоком И^, движутся за счет тянущего поля параллельно поверхности кристалла и равномерно распределяются между двумя симметричными стоками С^ в отсутствие нормальной составляющей магнитного поля относительно поверхности кристалла. При воздействии этой составляющей происходит перераспределение тока электронов между стоковыми областями С^ С^, возникающая при этом величина разбаланса токов стоков является мерой напряженности магнитного поля [69].

С. Кордичем [37] приведен еще один вариант полупроводниковой структуры, предназначенной для регистрации трех составляющих магнитного поля. Па рис. 2.91 показано поперечное сечение этого прибора.

Рис. 2.91. Структура трехкомпонентного п-р-п

С

магнитотранзистора: пары коллекторов С^и

чувствительных к магнитным полям в плоскости кристалла (В^и В^; Cj и С^ и две Z- коллекторные пары (С^ и С^и Cj и С^з), которые используют горизонтальные компоненты тока коллектора для определения В (симметричные коллекторные пары С^ и С^и Cj и С^нарисунке не показаны; см. [37])


( -►

Z



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