HaHiMCHbUiHe размеры эмиттера и коллектора в напра лении, перпендикулярном движению носителей заря и магнитному полю, молено получить в планарнойкон рукции магннтотранзистора (рис. 6.1,в), аналогично] планарной конструкции магиитодиода (рис. 4.3,6), данном случае этот размер равен глубине диффузи; р- -переходов, которая может составлять 1...2 ыкм Так же, как и в магннтодиоде, действие магнитного п ля направления +В приводит здесь к уменьшеин эффективной длины базы и уменьшению 1рекомбннаци: инжектированных носителей на нижней поверхности базы (скорость рекомбинации на ней должна быть мно бо.идне, чем на верхней поверхности). Поскольку то: через транзистор с отключенной базой гораздо сильнее?! зависит от длины базы, чем ток диода, то магнточув ствнтельность должна быть выше. Как отмечалосг § 4.4, промышленный магнитоднод КД304 имеет сим^ метричную ВЛХ при обеих полярностях напряжения так как оба контакта представляют собой зашунтиро ванные р-л-переходы. Следовательно, его. с одной сто ipoHbi, можно рассматривать как диод с высокоомным омнческп.м контакто.м, а с другой - как транзистор заи1унтированным коллектором. Электрические харак-: теристики таких транзисторов рассмотрены в [41].

В некоторых конструкциях магиитотранзпсторов используется также эффект Холла J42], 11апример, если; в траггзнсторе, показанном на рпс. 6.1,б, выводы баз разделить н пропускать через них ток от отделыюг источника, то в базе возникнет ЭДС Холла, Прн соот ветствующсм выборе направления тока xo.t.kjbckocэлек трнческое ноле может быть направлено от коллектор к эмиттеру, т. е. навстречу потоку инжектированных и эмиттера дырок. Это приводит к дополнительном уменьшению к^б в поперечном магнитном поле н уве личенню магниточ\вствнтельности.

7. Двухколлекторные магнитотранзисторы

7,1. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ И МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНОСТВ

Первые двухколлекторные магнитотранзнсторь (ДМТ) представляли собой обычные транзисторы [43]

коллектор в которых разделен на две части (рис. 7.1). Оценим их чувствительность.

Без магнитного поля половина инжектированных носителей попадает в Один коллектор, а половина - в другой (на рис. 7.1 траектории движения показаны непрерывными линиями) Поэтому в схеме с общей о а ЗОЙ

(7.1)

Рис, 7,1, Структура транзистора с ко.члектором, разделенным на две части

где /Zjie-суммарный коэффициент передачи тока (при соединенных коллекторах). Под действием магнитного П0.1Я инжектированные носители отклоняются от одного кол.1ектора к другому, например (штриховые лпннп на рпс. 7.1) от перв(н-о к втором Соответсгвеино эффе1ч-тивиая H.tohia.ib первого коллектора умспыиается. а вт(рогс \вслич11.вастся иа ве.тпччи\-, проиорцноиальиукт м (6,12) , и

/ =0,Г,/;2,й/,(! -;/Vv7o /),

Д.2=0,5/, /з(1 :-B\V,l), (7.2)

где 1~0,Г)! + \\ о - часть коллектора, через которую пр(;ходит ого основной ток в отсутствие магнитного по-л;! (шприиоп зазора между коллекторами цреиебрега-ют). Так как =/ , - k2 = lhvJ6, то аналогичное (7,2) соотношение можно записать и для схемы с об-шн.м эмиттером

/,.=0,5/г„,Л (l-..SU7o,/), /к>=0,5Л2.з/5 (1+Л^И\ О- (.3) Зависимость суммарного коэффициента передачи тока /2!э от В за счет увелнчсн!1я эффективной толщины базы определяется так же, как в магнитотранзисторе с одним коллектором (6.7). Поэтому (7.3) запишем как

2a32

42 = 0,5/б (Л^о-2x3.S2

0,5/3-f U7o 0,51, + \V

(7.4)

в формулы (7.1) -(7.4) входят подвижность и врел жизни инжектированных носителей в базе ДМТ. Ка следует из (7.4), увеличение эффективной толщины бг зы за счет искривления траектории движения неосно! ных носителей приводит к дополнительному уменьше нию тока в первом коллекторе и к меньшему увеличе нию тока во BTQpoM коллекторе.

-о -Еп

Рис. 7.2. Схема вклю- Рис. 7.3. Структура ДМТ с вертикальными чення ДМТ коллекторами (о) и схема для расчета ха

рактернс1;п< (б)

Двухколлекториый магнитотрапзистор с подключен; пыми нагрузочными резисторами (рис. 7.2) представляет собой по существу мостовую схему. В отсутствиГ магнитного поля токи через оба резистора R равны иапрялчение между двумя коллекторами V = 0. Включе пне магнитного поля увеличивает ток одного коллектс ра и уменьшает ток другого, что приводит к разбаланс) моста:

{7.1

gWo I 0,5/, Ч- Wo

Как ВНД1Ю из этой формулы, изменение эффективное толщины базы (разность в скобе) и перераспределен^ инжектированных носителей между коллекторами (od тальные сомножители) приводят к противоположном] изменению выходного напряжения в зависимости о| магнитного поля, что снижает магниточувствительност! ДМТ.

Этот недостаток устранен в структуре ДМТ, покг занной на рис. 7.3. Магнитное поле здесь также пер^ распределяет инжектированные носители из одноГ коллектора в другой. Одновременно оно уменьшает э^ 58

фективную длину базы в той части транзистора, где ток коллектора (к2) увеличивается, и увеличивает в той части, где ток коллектора (к\) уменьшается. Все это приводит к дополнительному увеличению тока коллектора к2 и уменьшению тока коллектора к1. Следовательно, в данной конструкции ДМТ эффект изменения эффективной длины базы и эффект перераспределения носителей между коллекторами действуют совместно, что увеличивает магниточувствительность [44, 45].

Оценим влияние магнитного поля на эффективную длину базы. На рис. 7.3,6 показана часть базы, примыкающая к коллектору к2. Траектории движения носителей в магнитном поле W2 и без него Wo будем считать для простоты прямыми, эмиттер точечным, а угол Ф есть угол Холла. Инжектированные в базу носители движутся вдоль нее со скоростью v = aE (считаем скорость дрейфа в направлении у много больше скорости диффузии). Одновременно они диффундируют в поперечном направлении х и попадают в коллектор через время диффузии Тд = а^/(20). В направлении у оии проходят за это время расстояние

= г'т, = Ea\!{2D) = даЕ {2к Т).

(7.6)

Как следует из геометрических соображений (см. рис. 7.3,6),

Г2 = Го[со5 ?(Atgo a-f ])]-. (7.7)

Используя (1.7) -(1.10) и (7.6), получаем

W = W,[\ +Я;х5а<7/2/ЬГ1-(1-0,51x25-)-. (7.8)

Для левой части базы выполняется аналогичное соотношение, но Wo и W меняются местами:

W, = Wo[\+E<Baq,2kT]{\ - 0,5a2fi2). (79)

В транзисторах с длинной базой прн достаточно сильном электрическом поле в базе [E~>kTlgLp] [46]

/J2,5~expl- WIEr].

Разложив экспоненту в ряд, получим Лги^ EjW.

Процесс перераспределения инжектированных носи-nl у коллекторами в рассматриваемой структуре ДМТ подобен перераспределению носителей в струк-

туре на рис. 7.1, и его можно характеризовать теми формулами (7.2). Тогда на основании (7.3) запишем

/к1 = /й

1 -1x5 ад

Wo (1 + EBaql2kT) (1 - 0,5-В^)

1 +Е]>.В

(10,5!х252) 1+1x5

(7. И

где А - постоянный коэффнниент, зависящий от геомет pHiecKHx размеров и электрофизических параметре материала. В данном случае инжектированные носите ли пролетают базу в основном за счет дрейфа в эле трнческом поле, поэтому диффузионное расширение по тока носителей меньше, чем в Д.МТ на рнс. 7.1, н ве личина / также меньше определенной в (7.2). Она мс жет быть записана в виде

/ 0.5/, + У DWalyE .

При работе ДМТ в схеме датчика магнитного mлi (ipnc. 7.2) на основании (7.5) и (7.10) напряжение меж\ ду коллекторами

V = ARh

1 + £хв

ад 2kT

(1 -0,5lx25)X

\-nBWJl

(1 EBag2kT){]-0,5ixB-)

.(7.11

Из сравнения двух рассмотренных типов ДМТ вид но, что они отличаются тем, что в одном коллектор! расположены горизонтально относительно плоскост; эмиттера (рис. 7.1), а в другом - вертнкальн (рис. 7.3). В ДМТ с горизонтальными коллектора.м: действует только эффект перераспределения носителе: между коллекторами, а в ДМТ с вертикальными ко.т лeктqpaми добавляется еще и эффект изменения эффек тивиого расстояния между эмиттером н коллекторами вследствие чего их магниточувствительность выше [см (7.5) и (7.11)].

В обоих конструкциях ДМТ магннточувствнтелы ность должна расти с уменьшением ширины эмиттера поскольку носители, инжектируемые с краев эмиттер 60

(рис. 7.!), не перераспределяются между коллекторами,. В связи с более высокой подвижностью электронов па сравнению с дырками целесообразно также в качестве дМТ использовать и-р-и-структуру.

7.2. ГЕРМАНИЕВЫЕ ДМТ

Германиевые ДМТ с вертикальными коллекторами описаны в [44-45]. Образцы приборов изготавливались из -германия с р^=40 Ом-см, Lp~ мм, размерами ]Х1Х(3..,5) мм. Как видно из рис. 7.4, статические выходные характеристики ДМТ подобны характеристикам обычного биполярного транзистора. Прн / а отсутствии магнитного ноля токи обоих коллекторов почти одинаковы (причиной иебо.тьшогоот-;1пчия яв,1яегся асимметрия кол.1скторов). С уве.тичением индукции маг-1ПППОГ0 поля ток одного коллектора увеличивается, а д[)\чог() уменьшается. Иаибо.тьшее изменение 1-оллекторных токов наблюдается при низких иидгкниях магнитного поля (рис. 7.5). С умсньите-нием температуры магниточувствительность увеличивается, что, очепид-( но, обусловлено ростом Подвижности (7.10).

.Магниточувствительность растет также с увеличением тока базы, а следовательно, н тока эмиттера (рис. 7.6). Кроме непосредственного влияния тока базы на токи коллекторов (7.10), рост тока эмиттера приводит к росту электрического поля в базе, а также н , что увеличивает магниточувствительность.

Характеристики на рнс. 7.4-7.6 скорее иллюстрируют принцип действия ДМТ, чем его максимальные возможности. Для увеличения магниточувствнтельности необходимо, во-первых, использовать материал р-типа

Рис. 7.4. Статические выходные ВАХ германиевого ДМТ