WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

ного расширения потока носителей может быть достигПри направлении магнитного поля B инжектированные нуто путем создания в базе между коллекторами сильно из анода носители отклоняются от коллектора, что прилегированной области, градиента ширины запрещенной водит к уменьшению hB и росту Vsw. В противоположзоны от центра базы к коллекторам, а также использоном магнитном поле, наоборот, носители отклоняются вания базового контакта B1 и коллекторов различной в сторону коллектора и Vsw уменьшается. Током через формы. Такие меры позволяют на порядок увеличить управляющий электрод устанавливается необходимая вемагниточувствительность ДМТ.

личина V0sw в отсутствие магнитного поля. При испольДатчиком с использованием планарной конструкции ДМТ (рис. 3, a) можно измерять только одну соста- зовании в качестве управляющего электрода c1 магнитовляющую магнитного поля. Для измерения двух и трех чувствительность выше, чем при использовании c2, так составляющих вектора магнитной индукции разработаны как в первом случае совместно с изменением эффекконструкции магнитотранзисторов с тремя коллектора- тивной длины базы происходит перераспределение инми, разнесенными по трем сторонам базы кубической жектированных анодом носителей между p-коллектором Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. Магниточувствительные транзисторы Рис. 4. Вольт-амперные характеристики тиристора при напряженности магнитного поля B, Тл: 1 — (–1), 2 — (–0.8), 3 — (–0.4), 4 —0, 5 —0.4, 6 —0.8.

и c1. Магниточувствительность по изменению Vsw в тиристора для переключения тока магнитным полем из магнитном поле достигает 104 В/(А · Тл). одной цепи в другую это повышает помехоустойчивость Увеличить чувствительность магнитотиристора к маг- схемы.

нитному полю полярности B можно путем использования магнитодиодного эффекта. Цепь анод– 5. Полевые магнитотранзисторы управляющий электрод представляет собой диод с длинной базой, включенный в прямом направлении. ПоСопротивление канала полевого транзистора увеличиперечное магнитное поле увеличивает его сопротивлевается в магнитном поле, как и сопротивление любого ние, что при питании диода от источника с постоянным полупроводника. Поэтому полевой транзистор можно напряжением VA приводит к уменьшению его тока, коиспользовать в качестве магниторезистора [34]. Однако торый является управляющим током Ic. Уменьшение же большее распространение получило использование полеIc приводит к дополнительному увеличению напряжения вого транзистора в качестве датчика Холла. Так как эдс переключения в магнитном поле B. При обратной датчика Холла полярности магнитного поля магнитодиодный эффект, VH = IBRH/d, (5) также приводящий к уменьшению Ic, наоборот, ослабляет действие первичных эффектов (увеличение коэффици- для увеличения его чувствительности необходимо уменьшить толщину датчика d. Однако на этом пути существуента передачи тока), поэтому магниточувствительность ют ограничения, обусловленные как технологическими меньше. На рис. 4 показаны ВАХ магнитотиристора проблемами получения тонких образцов, так и тем, из n-кремния с = 200 Ом · см, расстояние между p-областями 100 мкм, толщина пластины 200 мкм. Управ- что при малых толщинах растет рассеивание носителей ляющий электрод подключается к источнику с постоян- заряда на поверхности, что приводит к снижению их ным напряжением VA = 0.67 В. Магниточувствитель- подвижности. Эти трудности могут быть уменьшены при использовании полевого эффекта для уменьшения толность к магнитному полю B при изменении напряжения щины полупроводника. При помещении любого полевого переключения состaвляет 3·104 В/(А·Тл), что в 3–4 раза транзистора в поперечное магнитное поле в его канале выше чувствительности магнитотиристора при питании возникает холловское электрическое поле, как и в люцепи управления от генератора тока.

По аналогии с двухколлекторным магнитотранзисто- бом полупроводнике с двумя омическими контактами на концах. Простейший полевой магнитотранзистор (ПМТ) ром можно назвать двухколлекторный магнитотиристор.

Конструктивно он отличается от ДМТ (рис. 3) только отличается от обычного лишь тем, что в его канале тем, что в середине коллекторных p-областей размещены имеются дополнительные боковые омические контакты два дополнительных n-эмиттера. В такой структуре име- для съема эдс Холла. На рис. 5, a, b показана струкется внутренняя связь между двумя тиристорами. Она тура МДП магнитотранзистора с каналом n-типа. При проявляется в том, что отклонение магнитным полем работе в режиме обеднения канала толщина канала d инжектированных носителей от одного коллектора к минимальна вблизи стока (D). В соответствии с (5) другому, например от C2 и C1, приводит не только к напряжение Холла максимально в том месте, где d уменьшению напряжения включения первого тиристора, минимально. Следовательно, холловские контакты имеет но и к одновременному увеличению напряжения вклю- смысл располагать вблизи стока. Увеличивая отрицачения второго тиристора. При использовании магнито- тельное напряжение на затворе, можно уменьшить d Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. 8 И.М. Викулин, Л.Ф. Викулина, В.И. Стафеев Рис. 5. Структура МДП магнитотранзистора (a), его сечение по плоскости x0y (b) и структура полевого магнитотранзистора с p-n-переходом (c).

до очень малых значений и таким образом увеличить каналу и является отпирающей. Вследствие этого сопроVH. Одновременно с уменьшением d канал удаляется тивление левого канала растет, а правого уменьшается, от поверхности, что уменьшает ее влияние на рассеяние что приводит к разбалансу моста, и величина V растет с увеличением магнитного поля.

носителей. Аналогичным образом действует и ПМТ с В отличие от одноканального в двухканальном ПМТ p-n-переходом в качестве затвора (рис. 5, c). Методика расчета VH ПМТ показана в работе [2]. При этом исполь- транзисторы действуют и как усилительные элементы, вследствие чего магниточувствительность повышается зуется формула (5), в которой d является функцией VG, на 1–2 порядка и достигает чувствительности двухколVD и координаты z. Для режима насыщения ПМТ с p-nлекторного магнитотранзистора. Несмотря на сложную переходом (при затворе, замкнутом с истоком, VG = 0) технологию (по сравнению с ДМТ), двухканальный ПМТ расчет дает выражение перспективен для измерения слабых магнитных полей, V0Gk sin (1 - 2cos) поскольку имеет низкий уровень собственных шумов, VH = aµHB 2, (6) как и все полевые транзисторы, по сравнению с бипо27kz e l - 1 2l лярными.

где 6. Магнитоуправляемые микросхемы 1 z 4 VD 2 VD = arccos(1-27k )+, k = 1 -.

3 2l 3 9 V0G 3 V0G Магниточувствительные элементы в основном используются в устройствах двух типов: в измерительных Расчеты показывают, что величина эдс Холла в МДП устройствах, где выходной сигнал является функцией транзисторе и в полевом транзисторе с p-n-переходом магнитной индукции, и в переключающих устройствах, практически одинаковы при равных размерах и элекгде выходной сигнал изменяется от ”0” до ”1” при дотрофизических параметрах канала. Экспериментальная стижении пороговой величины индукции магнитного почувствительность кремниевых магнитотранзисторов с каля Bthr. Устройства обоих типов изоготавливаются в наналом p-типа при ID = 0.1 мА порядка 400 В/(А · Тл), стоящее время в виде интегральной микросхемы [35–42] что в 5 10 раз выше чувствительности датчика Холла по стандартной технологии кремниевых микросхем. Поиз аналогичного материала.

скольку микросхема должна работать в обычном интерПо аналогии с ДМТ разработан датчик магнитного вале температур -4530C, одной из важнейших задач поля на основе двух полевых транзисторов, где роль является обеспечение ее стабильности при изменении датчика Холла выполняет полупроводниковая область затемпературы, т. е. независимости величины выходного твора, которая является общей для двух каналов. Сопросигнала от температуры. Один из способов решения тивления каналов вместе с нагрузочными резисторами этой задачи рассмотрен на примере микросхемы, входная образуют мост, в диагональ которого включен вольтметр.

часть которой приведена на рис. 6.

В отсутствие магнитного поля мост сбалансирован и Схема содержит ДМТ, дифференциальный усилитель напряжение на вольтметре V = 0. В магнитном поле, на двух транзисторах AT и токозадающий транзистор CT.

при протекании через контакты затвора тока, в нем, как Как отмечено выше (рис 3), выходное напряжение ДМТ и в любом полупроводнике, возникает эдс Холла. Одна с ростом температуры уменьшается, что при использополовина эдс (-VH/2) приложена к левому каналу и вании простого усилителя приводит и к уменьшению является запирающей, а вторая (+VH/2) —к правому его выходного сигнала. Для компенсации этого в схему Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. Магниточувствительные транзисторы где область коллектора ДМТ является одновременно базой соответствующего CT.

Для увеличения магниточувствительности возможно соединение нескольких магниточувствительных элементов в одной микросхеме. Примером такого соединения является мост из четырех одноколлекторных магнитотранзисторов, причем в одной паре противоположно расположенных МТ ток растет в магнитном поле, а в другой паре уменьшается. В такой микросхеме также могут использоваться общие области в двух соседних МТ (эмиттер двух МТ может быть общим, эмиттер одного МТ может быть коллектором другого МТ и т. п.).

Рис. 6. Схема входной части микросхемы с двухколлек- Аналогичный мост может быть составлен из двух двухторным магнитотранзистором на рисунке: ТМТ (two–collector коллекторных магнитотранзисторов с противоположным magnetotransistor) — двухколлекторный магнитотранзистор типом проводимости.

(в тексте ДМТ), АТ — дифференциальный усилитель на двух Если с датчика необходимо получить переменный транзисторах, СТ — токозадающий транзистор.

выходной сигнал, являющийся функцией величины постоянного магнитного поля, применяется ДМТ, межбазовая область которого и эмиттер выполняют одновременно функции однопереходного транзистора (ОПТ) и введен транзистор CT, входное напряжение которого снимается с межбазовой цепи ДМТ. Межбазовая цепь включаются по схеме генератора на ОПТ. Эмиттер ДМТ (рис. 3) по существу является резистором и, как производит переменную инжекцию носителей в базу, всякое полупроводниковое сопротивление, может выпол- которые перераспределяются между коллекторами так нять роль терморезистора. С ростом температуры сопро- же, как и в обычном ДМТ, работающем на постоянном тивление кремниевого резистора увеличивается (вслед- токе (рис. 3). Переменная инжекция обусловливает и ствие уменьшения подвижности носителей), что приво- появление между коллекторами выходного переменного дит к увеличению падения напряжения на нем, которое в напряжения, пропорционального величине B. Структура свою очередь подается на вход CT. Это увеличивает ток магнитоприбора в этом случае объединяет в себе ДМТ питания токозадающего транзистора CT и транзисторов и ОПТ, имеющие общую базу и эмиттер [38,43]. Расдифференциального усилителя АТ с ростом температу- смотренное направление создания магнитоуправляемых ры. Увеличение тока питания через любой биполярный микросхем является наиболее перспективным, так как в транзистор (при малых токах) приводит к росту его этом случае сокращаются общие размеры полупроводкоэффициента усиления [31]. Соответственно растет никовой пластины, уменьшается количество соединений коэффициент усиления дифференциального усилителя, между элементами схемы, упрощается технология создачто компенсирует уменьшение его входного сигнала Vin, ния микросхем и уменьшается их стоимость.

и выходной сигнал усилителя не зависит от температуры, К полупроводниковым микросхемам можно отнести и а определяется только величиной B. Таким образом оптроны — приборы, состоящие из входного светодиода удается практически полностью компенсировать темпе- и выходного фотоприемника, между которыми сущературную нестабильность выходного сигнала [35,40]. ствует оптическая связь и обеспечена электрическая В обычных интегральных схемах элементы схемы изоляция [39]. При изменении входного тока изменяется отделены друг от друга разделительными областями, а световой поток, который падает на фотоприемник. Это соединения между ними осуществляются токопроводя- приводит к изменению выходного сигнала. Если в роли щими дорожками на поверхности кристалла. Эти области фотоприемника использовать элемент, чувствительный к и дорожки значительно увеличивают размеры микросхе- магнитному полю, то можно получить оптрон, выходной мы и усложняют технологию. В связи с этим в последние сигнал которого может одновременно управляться как годы развивается направление функциональной электро- светом, так и внешним магнитным полем. Эксперименники, в устройствах которой соседние элементы имеют тальная проверка этого положения проводилась на опобъемную связь. Одним из примеров таких микросхем тронах двух типов: во-первых, в качестве фотоприемника являются интегральные схемы, соседние транзисторы применялись фототранзисторы, а во-вторых, — фототив которых имеют общие области, т. е., например, кол- ристоры. Оптроны изготавливались на базе промышленлекторная область одного транзистора является базой ных оптронов типа AOУ102, AOУ103 [41]. Показано, что другого, и сигнал между ними передается путем не- магнитное поле с индукцией 0.4 Тл приводит к такому же посредственного переноса инжектированных носителей изменению участка с отрицательным сопротивлением на из одного транзистора в другой. Такая объемная связь ВАХ фототиристора, как и излучение светодиода при использована в конструкциях ряда магнитоприборов. Как токе 8 мА (максимальный ток 20 мА). Двойное бесвидно из рис. 6, области коллекторов ДМТ и области баз контактное управление выходным параметром оптрона CT в микросхеме имеют один тип проводимости. Это по- позволяет значительно расширить его функциональные служило основой создания конструкции магнитоприбора, возможности.

Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. 10 И.М. Викулин, Л.Ф. Викулина, В.И. Стафеев Заключение [16] И.М. Митникова, Д.М. Козлов, Г.И. Рекалова. ФТП, 12, (1978).

Следует подчеркнуть, что, несмотря на большое ко- [17] H.P. Baltes, R.S. Popovic. Proc. IEEE, 74, 1107 (1986).

[18] V. Zieren, B.P. Duyndam. IEEE Trans. Electron. Dev., ED-19, личество созданных магнитоприборов, разработанные 83 (1982).

магниточувствительные элементы не дублируют друг [19] R.S. Popovic, H.P. Baltes. Sens. Actuators, 4, 155 (1983).

друга, а каждый имеет свои определенные преимущества, [20] V. Zieren, S. Middelboek. Sens. Actuators, 2, 251 (1982).

реализуемые в конкретных схемах применения. Так, [21] G.I. Rekalova, D.M. Kozlov, T.V. Persiyanov. IEEE Trans.

однопереходный транзистор позволяет с минимальным Magn., MAG-17, 3373 (1981).

количеством элементов схемы реализовать датчик маг[22] Ch.S. Roumenin. Sens. Actuators, 6, 19 (1984).

Pages:     | 1 || 3 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.