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

В сущности, прибор является двухразмерным вертикальным магаитотранзистором, объединенным с одноразмерным горизонтальным магнитотранзистором.

Вертикальная компонента (А) тока коллектора чувствительна к В^и В^. Горизонтальная компонента (В) тока используется для определения В^. Ток, достигающий Z - канал (коллекторы С^), не является полностью горизонтальным, но, существует, и вертикальная компонента (С), ответственная за чувствительность Z -канала В^.

Z - канал трехразмерного датчика чувствителен не только к Z - составляющей магнитного поля, но также, и к Y - составляющей управляющего поля. Это можно объяснить тем же образом, что и паразитную чувствительность горизонтальных магнитотранзисторов к одной компоненте поля в плоскости. Эта так называемая поперечная чувствительность вызвана компонентами тока, которые содержат как вертикальные, так и горизонтальные компоненты потока (рис. 2.91).

Если датчик трехразмерный, то наличие поперечной чувствительности не является какой-либо помехой, поскольку там имеется три канала, так, что три компоненты поля могут быть выделены посредством инвертирования чувствительной матрищ.1.

Одним из преимуществ такой конструкщш является то, что пространственная разрешающая способность измерения (8 х 10 х 20 мкм) гораздо вьппе, чем та разрешающая способность, которая может быть получена при помощи двухразмерного вертикального транзистора и одноразмерного горизонтального, объединенных, фактически, друг с другом.

2.4.9 Комбинированный преобразователь магнитного поля

В интегральных элементах Холла и магнитотранзисторах среди выявленных недостатков .наиболее существенными являются большая величина и нестабильность начального напряжения (ГГили DU при В = 0) и значительный температурный коэффищ1ент магнитной чувствительности.

В целях улучшения эксплуатационных характеристик авторы работы [6] предложили вариант, комбинированного преобразователя магнитного поля (КПМП).

Конструкция КПМП представляет собой гибрид биполярного магнитотранзистора и элемента Холла на основе инверсного слоя канала п МОП транзистора. Преобразователь изготавливался по типовой МОП технологии.

Па рис. 2.92 показана электрическая схема КПМП в одном из вариантов ее включения в измерительную схему. Схемотехнически это биполярный транзистор с активной нагрузкой в виде п МОП транзистора с дополнительными контактами XI и Х2.

Топология преобразователя приведена на рис. 2.93 и представляет собой МОП элемент Холла с нетрадиционным расположением токовых омических контактов. Роль истокового контакта играет эмиттер, удаленный от коллектора на расстояние не более диффузионной длины неосновных носителей в базовой области, а контакт к подложке МОП -транзистора является источником тока базы.

Эмиттер имеет низкий уровень инжекции, а напряжение коллектор-эмтиттер вьппе напряжения база-эмиттер. Папряжение питания составляет величину, большую, чем напряжение прямосмещенного р-п перехода база-эмиттер плюс пороговое напряжением п МОП -транзистора.

Рис. 2.92 Электрическая схема комбинированного преобразователя магнитного поля

Рис. 2.93. Вариант топологии комбинированного преобразователя магнитного поля: Б - база; Э -эмитттер; 3 - затвор; и Х^ выходные контакты





Рис. 2.94. Выходная характеристика комбинированного преобразователя магнитного поля

О 20 40 60 80

С ростом температуры до 100 °С ток эмиттера возрастал до 427 мкА, но при этом температурный коэффициент абсолютной магнитной чувствительности составил примерно 0,01 % на градус Цельсия. Значение начального разбаланса в виде остаточно-эквивалентной индукции составило в, 15-20 мТл, а изменение начального разбаланса - 0,1% на градус Цельсия.

Обьганый элемент Холла на основе п -МОП транзистора такой же конфигурации и при таком же токе потребления имел значение магнитной чувствительности 65 В/Тл при температурном коэффициенте 0,3% на градус Цельсия. Величина остаточно-эквивалентной индукции составляла 20-25 мТл.

Удельная магнитная чувствительность комбинированного преобразователя при температуре 20 °С составила 240 В/Тл X А при температурном коэффициенте примерно 0,01% на градус Цельсия [6].

Начальное напряжение Uзадается отношением R1/R2., исходя из минимального значения температурного коэффициента магнитной чувствительности.

Принцип работы комбинированного преобразователя магнитного поля заключается в следующем.

Дьфки, двигаясь по области базы, в качестве которой служит карман МОП -транзистора, под действием магнитного поля, перпендикулярного поверхности кристалла, отклоняются к одной из сторон вытянутого эмиттера (рис. 2.93), вызьшая при этом модуляцию его инжекции. Электроны, инжектированные в неодинаковых количествах с разных сторон эмиттера, коллектируются инверсионным слоем, образованным под областью затвора, и, двигаясь по тонкому каналу к стоку, под действием того же самого магнитного поля отклоняются к области одного из холловских контактов, находящегося на стороне у края эмиттера с повьппенной инжекцией носителей заряда, в результате чего между контактами XI и Х2 возникает усиленное предьщупщми двумя эффектами напряжение Холла.

Вследствие того, что электроны в инверсный канал попадают не через токовый контакт, как в обьганом элементе Холла, а из инжектирующего эмиттера, с ростом температуры спад подвижности носителей заряда компенсируется ростом их инжекции из эмиттера. Задав изначально оптимальное значение напряжения U, можно получить малое значение температурного коэффициента чувствительности.

Магнитотранзистор имеет лишь один коллектор, следовательно, величина начального разбаланса (AU) должна быть минимальной.

Параметры комбинированного преобразователя магнитного поля вьп-лядят следуюпщм образом..

При напряжении питания 9 В. ток эмиттера составил 303 мкА, а ток коллектора - 183 мкА. Напряжение база-эмиттер задавалось отношением резисторов R1/R2. Потенциал в области холловских контактов, измеренный относительно общего эмиттера, составлял величину примерно равную U2. Величина магнитной чувствительности, измеренная при температуре 20 °С, составила 72,4 мВ/мТл.

Выходная характеристика преобразователя в диапазоне рабочих температур от 20 до 100 °С и при трех значениях отношений R1/R2 представлена на рис. 2.94.



Промышленное производство и образцы магнитотранзисторов

В Советском Союзе исследования в области разработки магнитотранзисторов проводились в ОГУ, ЛЭТИ им. Ульянова (Ленина), МИЭТе, ИС АН ГрССР, ИФ АН ЛитССР, ВНИИЭН и др.

Однако серийное производствоа магнитотранзисторов в СССР практически не осуществлялось.

За рубежом исследовательские работы по изучениюния проблем создания магнитотранзисторов проводятся в Швейцарии (фирма LGC Kandis and Gurzug Corporation), в Голландии (фирма Filips и Дельфский технологический университет), в Канаде (фирма ISI Logic Corporation и Альбертский университет), в Болгарии (Геотехническая лаборатория), в ФРГ (Штутгартский университет), в Японии (Togohashi University of Technology), в США (Университет Хапкинса), в Венгрии (National Institute for Research and Development in Microtechno-logies) и др.

Зарубежными ведущими производителями вьшускаются и дискретные магнитотранзисторы. Однако, большая часть производимых, магнитотранзисторов, является элементами современных магниточувствительных и магнитоуправляемых интегральных микросхем, и поставляются они в составе указанных ИС.

Из известных отечественных образцов интерес представляет ферромагнитотранзистор типа М2АНК0522, разработанный ВНИИЭН [60].

Основные параметры магнитотранзистора М2АПК0522:

Диапазон индукции регистрируемых магнитных полей до 1 Тл Токовая магнитная чувствительность:

на пределе +0,03 Тл...................................................................1000 мкА/Тл

в диапазоне от +0,03 до 1 Тл......................................................500 мкА/Тл

Температурный коэффициент чувствительности, не более. 0,5% на градус С

Номинальный ток потребления, не более..............................................1,0 мА

Диапазон рабочих температур..............................................от -60 до +100 °С

Магнитотранзистор типа М2АНК0522 предназначен для использования в различных датчиках в качестве магниточувствительного элемента.

Он размещается в стандартном 8-выводном корпусе типа 2103-8, на ситалловой подложке которого укреплен кристалл магнитотранзистора с ферритовым концентратором магнитного потока. Полезный сигнал вьщеляется в виде разности коллекторных токов.

2.4.10. Применение магнитотранзисторов

По мере дальнейшего освоения и увеличения серийного производства, дискретные магнитотранзисторы найдут широкое применение в качестве чувствительных элементов в функционально-ориентированных магнитных датчиках: скорости и направления вращения, угла поворота и преобразователях типа угол-код , датчиках уровня, в бесконтактной клавиатуре ПЭВМ, бесконтактных реле предельного тока, регуляторах электрической мощности. Они могут использоваться: в бытовой электронной аппаратуре, системах автоматического управления, устройствах считывания информации, электронных и электрифицированных игрушках, в магнитной дефектоскопии, в биологии и медицине и др.

Интегральные магнитотранзисторные структуры используются и будут использоваться в составе современных магниточувствительных и магнитоуправляемых ИС, а также в высокочувствительных интеллектуальных магнитных датчиках.

Современная групповая технология ИС позволяет вьшускать интегральные преобразователи магнитного поля на основе магнитотранзисторов, которые могут формироваться как в линейные, так и в матричные магниточувствительные структуры с различным способом их организации.

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 и о возможных областях их применения см. в главах 4 и 6.

Особенности применения

При использовании магнитотранзисторов необходимо учитывать те же требования и условия, которые характерны для других типов преобразователей магнитного поля, и те, которые указаны в нормативно-технической документации.

Схемы включения магнитотранзисторов

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



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