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. 2.95. Простейшая схема включения двухколлекторного магнитотранзистора на вход

операционного усилителя

Дополнительную информацию см. в [6, 15, 16, 19, 20, 24, 37, 59, 60, 69].

2.5. Магнитотиристоры

Любой тиристор можно представить в виде эквивалентной схемы, состоящей из двух транзисторов, поэтому магниточувствительные свойства тиристоров характеризуются магниточувствительными свойствами составляющих их транзисторов. Напряжение включения тиристора Ujj вьфажается через коэффициенты передачи по току h и hi Двух транзисторов [17,24]:

где Ujjp напряжение лавинного пробоя коллекторного рпперехода; I ток включения;

Iу ТОК управления;

(2.22)

коэффициент передачи по току первого транзистора; коэффициент передачи по току второго транзистора^

На рис. 2.96 приведена структура магнитотиристора. Управляющей электрод У, присоединенный к базе, одновременно является областью, в которой рекомбинируют инжектированные из анода А дьфки. В этом случае при направлении В+ магнитного потока h Уменьшается, следовательно, Ugj, увеличивается. Нри противоположном направлении магнитного поля (В) hi увеличивается, Ujj уменьшается.

К

П р

в=о L--1

п

Обычно управляющий электрод тиристора работает в режиме генерации тока. Нри включении управляющего электрода в режиме генерации можно дополнительно повысить магнитную чувствительность прибора. Поперечное магнитное поле приводит к искривлению траекторий движения инжектированных дырок и увеличению сопротивления диода А-У (магнитодиодный эффект). Следовательно, управляющий ток снижается, что приводит к уменьшению hi (направление В+) и увеличению Ujj.

При обратном направлении магнитного потока В изменения управляющего тока и hi противоположны и магнитная чувствительность меньше, чем при направлении В+(рис. 2.97).

Рис. 2.97. Волътамперная характеристика магнитотиристора с управляющим электродом к длинной базе при Uy= 0,67 В при различных значениях индукции управляющего магнитного поля


На рис. 2.95 приведена без объяснений простейшая схема включения магнитотранзистора.

R2! R3j °



Напряжение включения Ujj тиристора в слабых магнитных полях изменяется почти линейно при обоих направлениях управляющего магнитного поля.

На рис. 2.98 приведена топология сдвоенного магнитотиристора, представляющего собой два тиристора с общим анодом и базой.

Если внешнее напряжение меньше Ujj тиристоров в отсутствие магнитного поля, то при этом оба тиристора выключены, в магнитном поле инжектированные анодом А дьфки отклоняются к коллектору К1. Нри этом UgJyJлeвoгo тиристора уменьшается, и он включается. От анода к катоду К1 начинает поступать ток.

Нри противоположном направлении магнитного поля (В) дырки отклоняются к правому коллектору К2. Нри этом левый тиристор вьпслючается, а правый - включается, и ток течет от анода к катоду К2.

Описанные вьппе тиристоры изготавливаются по обьганой планарной технологии на кремнии п типа, размер кристалла 3 X 3 X 0,6 мм [24].

Дискретные магнитотиристоры не нашли широкого применения и обьгано используются в интегральных магнитных датчиках.


Рис. 2.98. сдвоенного тиристора

Топология магнито-

2.6. ГМР преобразователи

Галъваномагниторекомбинационный преобразователь (ГМР) представляет собой полупроводниковый резистор, управляемый магнитным полем. Нршщип действия ГМР преобразователя основан на использовании магнитоконцентращюнного эффекта, который заключается в изменении средней концентращш носителей заряда в полупроводнике при воздействии продольного и (или) поперечного магнитного поля.

Гальваномагниторекомбинащюнный эффект проявляется в полупроводниках с проводимостью близкой к собственной. Подробнее см. [15, 24, 50, 57, 59, 67].

Специфические термины и определения основных параметров ГМР преобразователей приведены в табл. 2.11.

Таблица 2.11. Специфические термины и определения основных параметров ГМР преобразователей

Наименование параметра, термина.

Условное обозначение

Единица измерения

Определенне

Выходной сигнал

В

Представляет собой разность выходных напряжений AU = Ujhx = Ub - Uo, где Ug - напряжение на выходе ГМР-элемента при номинальном значении индукции магнитного поля; Uq - напряжение на выходе ГМР-элемента при отсутствии магнитного поля.

Номинальный рабочий ток

Ihom

Это ток при котором гарантируются параметры ГМР, указанные в паспорте на прибор. Определяется из выражения: I =Un / (Rn - Rr), где и^иг- напряжение питания цепочки Rg + Rj-; Rj- - сопротивление ГМР-элемента при В = 0.; Rg - сопротивление нагрузки.

Магнитная чувствительность

В/Тл (мВ/мТл)

Представляет собой отношение: у„ = Ujhx/B (при 1ном = const) , где В - индукция управляюш;его магнитного поля.

Температурный

коэффициент

чувствительности

Коэффициент.определяемый по формуле: Жу =(100/уГ,)*(Ду/ДТ), где уГ,-магнитная чувствительность при нормальной (комнатной) температуре; Ду - изменение чувствительности; ДТ - изменение температуры. Значение Жу зависит от отношения Rj-/ Rg

На рис. 2.99 показаны варианты конструкций ГМР преобразователей.

ГМР преобразователь представляет собой пластинку, изготовленную из полупроводникового материала, в которой вьщелена область с большой скоростью рекомбинации носителей заряда. При воздействии магнитного поля на эту область происходит изменение сопротивления ГМР элемента.

Воздействие магнитного поля одной полярности приводит к увеличению сопротивления ГМР элемента. Изменение полярности магнитного поля вызывает возрастание сопротивления элемента.



3 1


ИНН

е

-►

В

д

IIIIIIIIIII

->

Рис. 2.99. Конструкции ГМР преобразователей: 1 - полупроводниковая пластина; 2 - контакты; 3 -выводы; 4 - область с большой скоростью рекомбинации

Чаще всего для изготовления ГМР преобразователей используется германий, обладающий высокой подвижностью и длиной диффузионного смещения около 1 мм. В принщ1пе, для этих целей могут быть использованы и другие полупроводниковые материалы. Однако в большинстве случаев они обладают либо недостаточно высокой подвижностью носителей заряда (как, например, кремний), либо очень малой длиной диффузионного смещения (например, у антимонида индия длина диффузионного смещения около 1 мкм), что создает большие трудности при изготовлении ГМР преобразователей.

Геометрические размеры преобразователей, разработанных Институтом физики полупроводников АН Литовской ССР, приведены в табл. 2.12 [67].

пит

о

Выход

Таблица 2.12. Геометрические размеры ГМР преобразователей

Тип преобразовате

Размеры, мм (по рис. 2.99)

а

б

в

г

д

е

0,15

0,15

0,15

0,15

0,15

0,15

0,15

0,15

0,15

Общий

На рис. 2.100 приводится схема включения ГМР-преобразователя.

Режим работы ГМР преобразователя определяется значением сопротивления нагрузки R. Если сопротивление нагрузки Rb 10 раз превьппает сопротивление преобразователя Rj то последний работает в режиме питания от источника тока (1= const). В этом режиме обеспечивается максимальная чувствительность ГМР преобразователя.

Электрические параметры ГМР преобразователей в режиме максимальной магнитной чувствительности приведены в табл. 2.13, а электрические параметры преобразователей в режиме минимальной температурной зависимости магнитной чувствительности даны в табл. 2.14. На рис. 2.101 приведены выходные характеристики преобразователей типа ГМР-4.

Анализ характеристик, приведенных на рис. 2.101, показывает, что зависимость напряжения на выходе ГМР от магнитной индукции линейна в широком диапазоне изменения индукций (±80 мТл) управляющего магнитного поля (рис. 2.101.а). Нри изменении тока управления от заданного значения в пределах ± 50% выходное напряжение изменяется почти линейно (рис. 2.101.6). Нри оптимальном сопротивлении нагрузки выходной сигнал остается почти неизменным в достаточно широком диапазоне температур (рис. 2.101.в). Разброс значений электрических параметров, приведенных в табл. 2.12 и 2.13, составляет ±30%.



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