При оценке качества элементов Холла основными параметрами являются : чувствительность , нелинейность преобразования,величина тока управления , быстродействие и термостабильность (ТКЧ).

Чувствительность элементов Холла лежит в пределах от 0.05 до 0.5 В/Тл,ток управления от 1 до 200 мА,нелинейность преобразования обычно от 0.1 до 5.0 %,термостабильность от 0.03 до 0.5 % на градус С.

Элементы Холла на основе кремния обычно используются при рабочих температурах до 212...393 К,элементы из аресенида галлия даже до 573К при ТКЧ=0.05%/град. Элементы из InSb и InAs могут применяться при температурах от 4.2 до ЗООК при ТКЧ=0.05-0.5%/градус С.

Элементы Холла нормально работают при частотах модуляции магнитного поля до 1 МГц.Теоретически они могут функционировать до частот порядка 1 ГГц,

В Советском Союзе разработкой элементов Холла занималось более 30 организаций,в их числе ОВНИИЭМ (г.Истра МО),СКТБ ФТИ АН СССР (г.Санкт-Петербург ), ИФТТ и ПП АН БССР (г.Минск), ОКБ ФТИ АН УзССР (г.Ташкент), Завод чистых металлов (г.Светловодск) и др.

В СССР было освоено промышленное производство нескольких серий этих приборов ПХИ,ДХП,ПХЭ,ДКХ и др.

Среди .зарубежных разработчиков и производителей работы в данном направлении ведутся несколькими десятками фирм.Ведущими производителями элементов Холла являются японские фирмы Asahi (InSb),Matsushita Electronic Corp.(Si.Ge,GaAs,InSb), Denki Onkyo (InSb), Rohm Co.Ltd. (InSb,GaAs - до 1 млн.шт. в месяц).Toshiba (GaAs - до 700 тыс.шт.в месяц);американские фирмы IBM (Si),Radio Frequency (InAs),Texsas Inst. (Si),Spraque Electric (Si),фирмы германии AEG Teltfunken, Siemens (Si, InSb,GaAs,InAsP),Ebeco,FW Bell и др.

Элементы Холла используются для измерения и исследования магнитных полей,исследования свойств магнитных материалов,измерения электрических и неэлектрических величин,исследования характеристик электрических машин;для применения в качестве активных элементов в различных вычислительных устройствах (например для выполнения элементов счета: сложение и вычитание,умножение и деление,возведение в степень и извлечение корня);для выполнения функций отдельных элементов различных радиотехнических цепей (линейные и квадратичные детекторы, модуляторы смесители,демодуляторы,перемножители и удвоители частоты, генераторы, усилители и др.),а также в качестве чувствительных элементов при создании различного рода бесконтактных реле,компенсаторов,компараторов и всевозможных систем регулирования.Благодаря своим уникальным свойствам элементы Холла могут использоваться как датчики механических деформаций и напряжений.

Эффект Гаусса - характеризуется возрастанием сопротивления проводника (или полупроводника) при помещении его в магнитное поле.

Кроме эффекта Гаусса известен также анизотропный эффект, который характеризуется уменьшением сопротивления проводника при помещении его в магнитное поле -

Эти явления и спользуются для создания планарных полупроводниковых и тонкопленочных магниторезисторов.Для изготовления таких приборов применяются полупроводниковые материалы с высокой подвижностью носителей: арсенид галлия и антимонид индия,а также сплавы никель-кобальт и никель-железо .

Основными параметрами магниторезисторов являются: чувствительность , номинальное сопротивление,рабочий ток,термостабильность и быстродействие , диапазон рабочих температур.

Чувствительность современных тонкопленочных магниторезисторов лежит в пределах от 0.5 до 20 В/мТл при номинальном сопротивлении элемента 500...5000 Ом и рабочем токе 1...10 мА.Температурный коэффициент чувствительности составляет от -0.15 до -0.4 % на градус в диапазоне температур от -40 до +150 градусов С. Быстродействие от единиц до сотен мегагерц.

Для компенсации термической нестабильности магниторезисторов их элементы,как правило,включают в схему моста и используют устройства компенсации изменений температуры окружающей среды, (в т.ч.устройства терморегулирования).

Разработкой томкопленочных магниторезисторов в СССР занималось множество организаций,в их числе НИИ ГИРИКОНД (г.С.Петербург),ОКБ и завод Альфа (г.Рига),ОКБ ПО ГИПЕРОН (г.Москва),ВНИИ Чермет (г.Москва), Однако,серийного производства указанных приборов не осуществлялось.

За рубежом разработкой и серийным производством магниторезисторов занимаются десятки фирм.Наиболее известными являются:Matsushita, Hitachi,Copal Co., Teikoki Tsushin Kogyo Co.,Teitsu Denshi Kenkyusho Co., Panasonic,Sony, Rohm Co.Ltd.(все Япония);Robert Boch,Siemens Aktienge-sellschaft (Германия);Samsung (Южная Корея);Phi 11ips Elec.(Голландия); RTC (Франция) и др.

Фирмами освоен промышленный выпуск широкой номенклатуры тонкопленочных магниторезисторов.Суммарный объем выпуска составляет десятки миллионов изделий в год.Цена магниторезисторов колеблется от 10 центов до десятков долларов за штуку.

Магниторезисторы используются для измерения магнитной индукции, измерения мощности; удвоения частоты и анализа гармоник;преобразования постоянного тока в переменный;усиления и генерации сигналов, создания элементов счетных устройств и устройств памяти,а также в составе магнитных головок аудио- и видеозаписывающей аппаратуры,в качестве датчиков скорости вращения и фазового угла ротора БВГ,устройствах контроля натяжения магнитной ленты и т.п.

В последнее время магниторезисторы находят все более широкое применение для создания датчиков направления различных навигационных устройств и датчиков систем автомобильной автоматики.

Магнитодиодный эффект.Это эффект изменения сопротивления р-п перехода при воздействии магнитного поля,происходящим вследствие изменения распределения кондентрации неравновесных носителей заряда в переходе. /3,8/.

Магнитодиодный эффект используется для создания кремниевых торцевых и планарных магнитодиодов.Кроме того,для их создания могут использоваться германий, антимонид индия и арсенид галлия.

Магнитодиоды нашли приыениение в качестве управляющих элементов бесконтактной клавиатуры ЭВМ и телеграфных аппаратов;они используются в составе датчиков положения,перемещения, скорости вращения ;датчиках тока и напряжения;в бесконтактных предохранителях;в цифровых преобразователях и датчиках типа угол-код ;в воспроизводящих головках аппаратуры звуковоспроизведения;в матричных преобразователях структуроско-пов (устройствах визуализации магнитного поля); в магнитодефектоскопах и магнитных усилителях и т.д.

В СССР выпускалась серия кремниевых магнитодиодов типа КДЭ01... КД304,однако широкого распространения эти приборы не получили./1,3/

Эффект Суля характеризу^втся отклонением линий тока инжектированных носителей магнитным полем к одной из граней полупроводника. Этот эффект,вместе с эффектом Холла,используется для создания двухколлек-торных магнитотранзисторов (ДМТ).Такие приборы,действие которых основано на одновременном воздействии на носители заряда в полупроводнике электрического и магнитного полей, обладают большими функциональными возможностями и находят все 6o.{iee широкое применение для создания изделий магнитоэлектроники.

В настоящее время магнитотранзисторы,как отдельные дискретные элементы,практически серийно не производятся.Они являются составной частью магнитоуправляемых и магниточувствительных интегральных схем.

Прибор :Удельная

гчувствит-

:тельность :В/А*Тл

Элемент Холла 400

Интегральный 200

элемент Холла Магниторезистор Магнитодиод Диод Шоттки ЭХ на полевом эффекте

МОП элемент Холла Биполярный магнитотранзистор Мультиколлектор- ный транзистор 100000 КМОП сенсор 4400

2000

200 210

:Наибольшая:Полоса :Нелинейность ;чувстви- :рабочих: % :тельность,:частот,: В/Тл : МГц

0.04 10

1.5 10

20.0 10

0.08 1.7

(1 мА)

4.4 (0.1 мА)

1000 0.01

0.01 1

Примечание

ток 100 мА

0.03

6 мА, 3 мТл до 20 мА 40 мкА

20 мА 0.12 мА С внутр. усилением С внутр. усилением С внутр. усилением

Гальваноыагниторекоыбинационный эффект - это изменение концентрации носителей при прохождении тока в поперечном магнитном поле в полупроводнике со смешанной проводимостью вследствие изменения роли поверхностной рекомбинации.Эффект используется при создания полевых гальва-нонагнитореконбинационных (ПМГР) магниторезисторов со структурой металл-диэлектрик-полупроводник (МДП) и металл-диэлектрик-полупроводник-диэлектрик-металл (КДПДМ).Такие транзисторы изготавливаются на основе германия и характериэ}гются очень высокой линейностью характеристики.

Использование ПМГР магниторезисторов особенно эффективно при создании измерителей магнитных величин с автоматической коррекцией погрешностей или аналого-цифровым преобразованием входной магнитной величины, а также при использовании в различного рода магнитных регуляторах, устройствах автоматики и управления с переменной или адаптируемой структурой.

ДМР и ПМГР относятся к группе приборов с внутренним усилением .

В настоящее время ПМГР,как отдельные дискретные элементы,практически серийно не производятся.Они являются составной частью современных магнитоуправляемых и магниточувствительных интегральных схем.

Кроме вышеперечисленных,известны и другие гальваномагнитные явления, но они не получили еще широкого практического применения.

Определенную перспективу представляют гальваномагнитные приборы на размерных эффектах.Эти эффекты возникают при соизмеримости размеров чувствительных элементов с характерными длинами установления равновесия в системе свободных носителей заряда в полупроводниках.Элементы Холла на размерных эффектах имеют чувствительность в 10 раз выше,чем традиционные ЭХ.При этом возможно создание ПМП, регистрирующих все три компаненты магнитного поля (X,Y,Z)./43/

Для производства приборов на размерных эффектах необходимо промышленное освоение субмикронной и КНИ технологий,а также совершенных методов контроля структуры и состава поверхностных слоев,таких,например, как дифракция медленных электронов,сканирующая туннельная микроскопия, ОЖЕ- и масс- спектроскопия /43/.

Особый интерес представляет разработка высокочувствительных кремниевых ПМП с использованием технологии кремний на изоляторе .

В таблице 2 приведены сравнительные характеристики наиболее известных преобразователей магнитного поля.

Таблица 2