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

Использование этой технологии позволяет создавать интегральные элементы Холла со сложной топологией магниточувствительных элементов, обладающих очень высокой магнитной чувствительностью. При этом топология магниточувстви-тельного элемента и конструктивное оформление приборов могут быть самыми разнообразными.

Представляют интерес тонкопленочные элементы Холла, изготовленные японской фирмой Asahi с применением МВЕ -технологии. Приборы имеют весьма высокие магнитоэлектрические параметры. Они снабжены ферритовым концентратором, что увеличивает магнитную чувствительность в 2-6 раз.

Основные параметры опытных образцов элементов Холла, изготовленных фирмой АзаЫ с применением МВЕ, приведены в табл. 2.3.

Таблица 2.3. Основные параметры опытных образцов элементов Холла, изготовленных фирмой Asahi с

применением МВЕ

Материал МЧЭ

Входное сонротивление нри20 С, Rbx,Om

Ток управления

Магнитная чувствительность, у, В/Тл при В=50 мТл

Удельная магнитная чувствительность.

Туя. В/Тл*А

Остаточное напряженне, нриведенное к значению тока управления, и., В/А

InSb

240... 550

1,8...4Д

З...6,4

3000... 6400

±(1,7...3,9)

InAs

400...700

8,6... 15

2...6

130...690

±(1Д...1,7)

Основной недостаток приборов, изготовленных с помощью МВЕ, - высокая трудоемкость их изготовления и высокая стоимость [87].

2.1.4. Полевые элементы Холла

В последние годы, благодаря достижениям микроэлектроники, связанным с внедрением структур типа кремний на изоляторе , появилась возможность разработки принципиально новых магниточувствительных элементов, использующих эффект Холла.

Такие приборы получили условное наименование полевые датчики Холла (ПДХ).

В зарубежной аппаратуре эти приборы известны под названием FEnS-Field-effect, ПоИ sensor.

Структура и топология ПДХ даны на рис. 2.17. Па рис. 2.18 рассмотрены типичные зависимости основных параметров ПДХ от напряжения на затворе.

Вывод затвора

Подложка



Выход

Экран (охраное взольцо)

а) б) в)

Рж. 2.17. Полевой элемент Холла: а - топология; б - структура; в - схематическое изображение Принцип действия ПДХ основан на широко известном эффекте Холла и понятен из рис. 2.17. Рабочее тело датчика сформировано внутри кремниевого кристалла. Прибор снабжен затвором (управляющим электродом), а также входными и выходными контактами. Кроме того, имеются вьшоды от подложки и специального экранирующего электрода, обеспечивающего работоспособность прибора при малых токах управления. Подложка может быть использована в качестве второго затвора.

При использовании полевых датчиков Холла необходимо учитывать некоторые особенности их функционирования. Изменяя потенциал затворов (верхнего или нижнего), можно регулировать остаточное напряжение в ПДХ, то есть изменять разность потенциалов между холловскими контактами, возникающую при протекании тока через датчик в отсутствиеи магнитного поля. Указанное обстоятельство вьш)дно отличает ПДХ от традиционных датчиков Холла. Кроме того, поскольку толщина слоя Si в КПП структуре (примерно 200 им), что в несколько раз меньше, чем в стандартных кремниевых датчиках Холла, изготавливаемых по эпитаксиальной технологии, постольку и чувствительность ПДХ пропорционально выше. Уменьшение толщины хтроводящего канала с помощью полевого эффекта обеспечивает возможность управления магнитной чувствительностью ПДХ (см. рис. 2.18), величина которой сопоставима с таковой для ЭХ на основе GaAs. Омическое сохтротивление открытого канала ПДХ составляет от 10 до 120 кОм, что - хтри стандартных значениях нахтряжения источника хтитания (5 или 9В) - охтределяет весьма низкое значение тока управления (50-400 мкА), которое, по крайней мере, на порядок величины меньше, чем у традихщонных полухтроводниковых ЭХ. Последнее обуславливает не только рекордно высохсую удельхтую магхштхтую чувствительность ПДХ (до 10000 В/А г Тл), но и существенно более низхсхтй уровехть его собственхтьхх хтхумов, то есть высохсую пороговую чувствхггельность хтрибора.



Iw.mkA


Рис. 2.18. Выходные характеристики ПДХна КНИ

При использовании полевых датчиков Холла необходимо учитывать некоторые особенности их функционирования. Изменяя потенциал затворов (верхнего или нижнего), можно регулировать остаточное напряжение в ПДХ, то есть изменять разность потенциалов между холловскими контактами, возникающую при протекании тока через датчик в отсутствиеи магнитного поля. Указанное обстоятельство вьш)дно отличает ПДХ от традиционных датчиков Холла. Кроме того, поскольку толщина слоя Si в КПП структуре (примерно 200 нм), что в несколько раз меньше, чем в стандартных кремниевых датчиках Холла, изготавливаемых по эпитаксиальной технологии, постольку и чувствительность ПДХ пропорционально выше. Уменьшение толщины проводящего канала с помощью полевого эффекта обеспечивает возможность управления магнитной чувствительностью ПДХ (см. рис. 2.18), величина которой сопоставима с таковой для ЭХ на основе GaAs. Омическое сопротивление открытого канала ПДХ составляет от 10 до 120 кОм, что - при стандартных значениях напряжения источника питания (5 или 9В) - определяет весьма низкое значение тока управления (50-400 мкА), которое, по крайней мере, на порядок величины меньше, чем у традиционных полупроводниковых ЭХ. Последнее обуславливает не только рекордно высокую удельную магнитную чувствительность ПДХ (до 10000 В/А г Тл), но и существенно более низкий уровень его собственных шумов, то есть высокую пороговую чувствительность прибора.

Конструкция ПДХ позволяет осуществлять измерения ЭДС -Холла в режиме цифровой или аналоговой модуляции потенциала на полевых электродах (затворах), что существенно облегчает возможность ре1;страции слабых сигналов. ПДХ позволяют уверенно регистрировать магнитные поля с индукцией около 10 Тл.

Конструктивное оформление приборов весьма разнообразно. Кремниевый кристалл размещается в стандартном или оригинальном корпусе.

Чувствительная Контактные площадки область А1-0.14x0.14 мм


Рис. 2.19. Варианты конструкции кристаллов ПДХ



□ □□□

активная зона

активная зона

□ □

□ с

с

Активные зоны

□ с

1=1 3 и

□ 2

1 □

U4 U U U 1

Рис. 2.20. Варианты топологии кристаллов ПДХ: а - двухэлементный; б - четырехэлементный (матрица); в - четырехэлементный (линейка); г - трехэлементный (линейка)

Возможные варианты герметизации кристаллов ПДХ приведены на рис. 2.21.

Они могут размещаться в стандартных металлостеклянных корпусах типа 401.14-5 без крьппки (рис. 2.21 а). Колодец корпуса герметизирован прозрачным или непрозрачным кремнеорганическим компаундом. Возможно размещение кристаллов в DIP корпусе (рис. 2.216) или на печатной микроплате (рис. 2.21в).

ПДХ отличаются высокой удельной магнитной чувствительностью, минимальным энергопотреблением, малой постоянной времени, высоким геометрическим разрешением и расширенным рабочим температурным диапазоном [4, 48, 58, ПО].

Основные параметры разработанных АОЗТ ЛБС вариантов ПДХ приведены в главе 9 тома 2.

В В

6,7 max 5,9 max

18 max

s i

-г X о

6,7 max 5,9 max

18 max

8 а

о

0,59 max (8 выв.)

А Д Н

FEHS.....

LBS inc.

ф| Ф w

10,5 max ,

Е

ч

0,3 max


Рис. 2.21. Возможные варианты герметизации кристаллов ПДХ: а-в металлостеклянном корпусе; б -в пластмассовом DIP корпусе; в-на печатной микроплате

5994

4994

5994

4994

Кроме магнитной чувствительности ПДХ обладают достаточно высокой чувствительностью к инфракрасному (0,7-0,85 мкм) и радиационному излучениям. Эти приборы могут использоваться могут использоваться в качестве датчиков ИК-излучения или датчиков радиации.

Предельная рабочая температура ПДХ при соответствующей упаковке достигает 250 °С.

Варианты конструкции и топологии кристаллов ПДХ приведены на рис. 2.19 и 2.20.



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