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

Таблица 2.2. Термины и определения основных параметров элементов Холла

Наименованиепараметра, термина.

Условное обозначение (альтернативное

обозначение)

Единица измерения

Определение

Входное сопротивление элемента Холла

(Rio)

Сопротивление между управляющими электродами элемента Холла, измеренное при разомкнутых холловских электродах и отсутствии магнитного поля. (В=0)

Выходное сопротивление элемента Холла

вых

(R20)

Сопротивление между холловскими электродами элемента при разомкнутой входной цепи и при отсутствии магнитного поля. (В=0).

Остаточное напряжение

UocT

(Uo)

(Vro)

В (мВ)

Напряжение на выходных электродах, возникающее при протекании тока управления и при отсутствии магнитного поля (В=0) и Rjj - стремящимся к бесконечности.

Остаточное напряжение, приведенноек значению токауправления

В/А

Для оценки элемента Холла с точки зрения мешающего действия пользуются показателем (R0), т.е. отношением остаточного напряжения к номинальному значению тока управления Rq = U ct/Ii

Температурный коэффициент входного сопротивления

(TCrio)

%/ град.

Коэффициент, определяемый как: Ж^ = (100 х 1 (Rm(To) х ДТ) Где ДКвх - изменение входного сопротивления элемента; ДТ - изменение температуры

Температурный коэффициент выходного сопротивления

(TCr2o)

%/ град.

Коэффициент, определяемый как ТКх = (ЮО х ДКил;) / (Rbhx(To) х ДТ) Где ДКвых - изменение выходного сопротивления элемента, ДТ - изменение температуры.

Сопротивление линеаризации

Сопротивление нагрузки элемента Холла при котором погрешность спрямления (нелинейность) минимальна. Значение Кл может быть определено расчетным путем или экспериментально, путем последовательного снятия энергетических характеристик.

Индукционное остаточное напряжение

(Ab)

В (мВ) (см-)

Это напряжение, индуцируемое переменным магнитным потоком управления в витке, образованном выводами и самим элементом Холла.Значение этого напряжения зависит от значения индукции магнитного поля, её частоты и площади контура AL, в котором оно наводится. ul=al(dB/dt)

Основные параметры элементов Холла зависят от температуры. Эти зависимости имеют сложное физическое объяснение [67] и в наиболее простом виде могут быть проиллюстрированы двумя основными факторами: температурной зависимостью ЭДС -Холла (VJ и температурной зависимостью сопротивления (R) материала, из которого изготовлен МЧЭ. (см. рис. 2.6 и 2.7).

GaAs

InSb

InAs

>е'

Рис. 2.6. Температурная зависимость ЭДС Холла для различных полупроводниковых материалов

О 50 100 150 200 250

Рис. 2.7. Температурная зависимость сопротивления для различных полупроводниковых материалов

-R,%

с

InAs

GaAs

Ge InSb

т,с

---►J

о



б) .

а) 3 4


Рис. 2.8. Классическая топология дискретных кристаллических чувствительных элементов: а - крест ; б - прямоугольник ; в - бабочка

Каждая из топологий МЧЭ, приведенных на рис. 2.8, обладает своими особенностями и применяется с учетом решения конкретных технических задач.

Конструктивно преобразователи Холла могут быгь вьшолнены как в виде дискретных элементов, так и в виде полупроводниковых структур, расположенных в кристалле полупроводникового материала, в том числе и вместе с электронной схемой усиления и обработки сигнала ЭХ.

Конструкция ЭХ в значительной степени предопределяется областью их возможного применения. Не суш;ествует единой универсальной конструкции, приемлемой для всех случаев технического использования преобразователей.

Наибольшее распространение получили четьфе вида конструкций, которые условно можно именовать бескорпусной, бескорпусной на подложке, бескорпусной на подложке с использованием концентратора магнитного поля и корпусной. Варианты конструктивного оформления элементов Холла приведены на рис. 2.9.

Бескорпусная (рис. 2.9а). Интегральный магниточувствительный элемент, сформированный непосредственно в кристалле полупроводникового материала, одновременно является подложкой (основанием) ЭХ. Тонкопленочные контактные плош;адки расположены на поверхности кристалла. Соединение МЧЭ с внешними устройствами осуш;ествляется проволочными или шариковыми вьшодами. Такой элемент может размеш;аться в стандартном герметизированном корпусе ИС. В случае необходимости кристалл может предварительно герметизироваться слоем запщтного лака или эпоксидного компаунда.

Магнитная чувствительность элемента Холла является функцией угла а между вектором напряженности электрического и магнитного полей:

у^ = у^х Bxsma (2-6)

Магнитная чувствительность элемента Холла достигает максимума при угле а, равном 90°. При использовании концентраторов и других, элементов магнитных систем зависимость (2.4) может быгь иной.

Линейность элемента Холла определяется по характеристике, приведенной на рис. 2.2.

Более подробно с физикой работы элементов Холла можно ознакомиться в [5, 15, 24, 36, 44, 67].

Для изготовления МЧЭ элементов Холла наиболее широко используются: кремний (Si), германий (Ge), арсенид индия (InAs), антимонид индия (InSb), арсенид галлия (GaAs), то есть полупроводниковые материалы, обладаюпще высокой подвижностью носителей заряда и наивысшим значением коэффициента Холла.

Известно также применение для этих целей пластин и тонких пленок из селенистой ртути (HgSe) и теллуристой ртути (HgTe), а также висмута (Bi) [3].

В последние годы некоторые фирмы ведут работы по использованию тройных соединений типа кадмий-ртуть-теллур (CdHg jTe). Элементы Холла на основе указанных соединений работают в интервале от комнатных до гелиевых температур [24].

Конструктивное оформление элемента Холла зависит от используемого исходного полупроводникового материала и от технологии изготовления.

Магниточувствительный элемент преобразователя Холла может быгь изготовлен с использованием любой современной технологии микроэлектроники: полупроводниковой биполярной и эпипланарной, пленочной, МОП, КПС, КПП и др. Наибольшее распространение получили кристаллические и пленочные МЧЭ.

На рис. 2.8 рассмотрены классические варианты топологии элементов Холла.



в

в

В

г. 4.

-5 4

а) б) в)

Рис. 2.9. Варианты бескорпусного исполнения элементов Холла: 1 - магниточувствительный элемент; 2 - проволочный вывод; 3 - покрытие из эпоксидной смолы; 4 - балочный вывод; 5 - подложка из изолирующего материала; 6 - ферритовый концентратор Бескорпусная на подложке (рис. 2.9.6). В этом случае МЧЭ размещается на спещ1альной изолированной подложке. В качестве подложки обычно используются ситалл, керамика, стеклотекстолит или полиамидная пленка. На одной подложке могут размещаться два и более магниточувствительных элемента. Герметизация прибора осуществляется слоем защитного лака или эпоксидной смолы.

Бескорпусная на подложке с использованием концентраторов магнитного поля (рис. 2.9.в). От предьщущих вариантов (рис. 2.9а,б) отличается тем, что может размещаться на подложке из ферромагнитного материала (феррита, пермаллоя и др.). В такой конструкции может быть использован миниатюрный концентратор магнитного поля, вьшолненный в виде круглого или прямоугольного столбика. В этом случае магнитная чувствительность МЧЭ повьппается в 1,5-6 раз за счет концентрации управляющего магнитного поля на активную часть элемента.

Корпусная (рис. 2.10 и 2.11). Магниточувствительный элемент размещается в герметичном оригинальном (рис. 2.10) или стандартном (рис. 2.11) корпусе ИС. Для изготовления корпусов широко используются пластмасса, керамика и немагнитные металлы. В одном корпусе можно разместить несколько МЧЭ. В случае необходимости, в корпусе могут находиться пассивные концентраторы магнитного поля и миниатюрные постоянные магниты.


а) б) в)

Рж. 2.10. Варианты размещения элементов Холла в оригинальных корпусах: аиб-в керамическом корпусе; в-с использованием концентратора магнитного noляi-l - магниточувствительный элемент; 3 -

крышка; 4 - вывод; 6 - концентратор

В

В

Л А Р> А

и и и

Рис. 2.11. Варианты размещения элементов Холла в стандартных корпусах ИС: а - пластмассовом DIP корпусе; б-в металлостеклянном корпусе Конструкции ЭХ с ферромагнитными концентраторами не обеспечивают линейности характеристики преобразования. Поэтому они, как правило, не используются для измерительных целей, а являются основным элементом в устройствах индикации магнитной индукции.

В последние годы кристаллические элементы заменяются интегральными и тонкопленочными. Из новых разработок можно отметить следующие.

1994



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