{большая подвижность неосновных носителей), и, вторых, произвести выбор оптимальных геометрическия, размеров прибора. Однако и такие ДМТ имеют дocтai точно высокую чувствительность.

г3 = 0,75 мА

Рис. 7.5. Зависимости коллск-Г())111..х токов ДТМ от магнитного ноля;

Рис. 7.6. Зависимости коллек торны.х токов от иил\кции магнитного поля при разных токах эмиттера: Ц,=о,5 мЛ, /э2=о.75 мЛ

На рис. 7.7 привелена эксисрныситальная зависи-] .мость напряжения между коллекторами Д.МТ от нндук-j цни магнитного поля при работе его в схеме рис. 7.2.1 В соответствии с рис. 7.5 максимальная магниточуветвн-.] тельность наблюдается при малых В. Линейная зависимость V{В) свидете.тьствует о том, что при малых В\ основную роль в (7.11) играют члены с S в первой сте- пени.

Так как биполярный транзистор является прибо|ром, управляемым током, то для характеристики магнит чувствительности ДМТ следует использовать токовук чувствительность (4.16), поскольку вольтовая магниточувствительность ДМТ (2.9), (4.15), (7.11) зависит от нагрузочных резисторов, т. е. является характеристикой схемы датчика, а не ДМТ. Более наглядно ДМТ характ теризует относительная токовая магниточувствитель ность

Т/о = (1 о)(Д А5)-100о/о. (7.1i

У германиевых ДМТ относительное изменение тока koj лектора у'о ~100%/Т. Тем не менее сравнение ДМТ 2

другими типами магнитоприборов приходится вести по величине магниточувствительности y=VIIB, так как только она записывается в паспортах большинства и5 них. При допустимых режимах датчика на германиевом ДМТ (рис. 7.7) магниточувствительность у=ЪХ ХЮ В/Л-Т, что в 10 раз выше чувствительности датчиков Холла и в 10 раз выше чувствительности магнитодиодов. С увеличением сопротивления нагрузки R во.тьтовая чувствительность ДМТ растет (7.11), и для

0,4 ол

Рис. 7.7. Зависимость напряжения между Коллекторами от индукции магнитного но.1я при /л=0.8 мА, £н п=200 В, R=m кОм

Рнс. 7.8. Структура пла-нарпого ДМТ с двумя базовыми контактами

получения рекордной магниточувствительности 1шог-да увеличивают R до 10...100 ГОм [47]. Однако для оосспечення рабочих токов ДМТ при таких R напряже-ии источника питания возрастает до 1...10 кВ, что ис-к.почаст практическое применение такого датчика. Кроме того, до единиц секунд увеличивается /?С-постоян-i-ая и инерционность прибора.

Д.тя увеличения чувствительности ДМТ может быть применен эффект Холла. Наиболее подходит для этого структура ДМТ с двумя базами, показанная на рис. 7.8. Инжектированные из эмиттера дырки (для р-и-р-транзистора) отклоняются в магнитном поле на угол ~]ХрВ. Одновременно при протекании тока основных носителей между базами 61 п 62 в объеме базы возникает ЭДС Холла V\. Холловское электрическое поле

отклоняет дырки в ту же сторону, и угол отклонен! дополнительно увеличивается (аналогично эффекту Су1 ля, § 1.2), что приводит к росту магниточувствительно сти. Для увеличения ЭДС Холла необходимо ограничить ширину базы расстоянием между коллекторами, а тол-щнну базы сделать минимальной. Эксперименты на гер-; ман'иевых ДМТ [48] показали, что прн увеличении ЭДС1 Холла от О до 50 >мВ магниточувствительность возрастает в 3 раза.

7.3. КРЕМНИЕВЫЕ Д.МТ

В настоящее время кремниевые Д.1T с горизонталь-! ными коллекторами (рнс. 7.1 [43]) выпускаются не- сколькими зарубежными фирмами. Онн имеют магниточувствительность около 600 В/А-Т, т. е. в 10 раз вы-1 ше. чем датчики Холла, и на два парядка ниже, чем] магннтодиоды. За счет использования более короткой! базы пределыгая частота их достаточно велика (до! 100 МГц), а бол1)П1ая концентрация легнруюнщй прп- меси обеспечивает н высок\1о термостабильность! (0,03% ГС).

Чувствнтельпост!, эксиернмсита.тьных отечестве!пых] кремниевых Д.МТ с вертикальными коллекторами 49]f иа 1-2 порядка выше, чем чувствительность ДМТ с го- ризонта.тьпымн коллекторами, что соответствует вьию- дам § 7.1.

Одним из методов повышения магниточувствнтсль-! .чости может быть увеличение папряженностн электрн-1 ческого поля в базе ДМТ (7.11). Однако простым \ве-1 личеннем тока эмиттера это не достигается, поско.-1ьку| с ipoCTOM тока эмиттера увеличивается концентрация ио-, сителей заряда вблизи него и иапряжениость элекгрн-! ческого поля в этой области увеличивается слабо. На- пряженность электрического поля в базе удобнее регу- лнровать с помощью расположенного вблизи эмиттерг дополнительного омического контакта. Для этого ис-: пользуется планарная структура ДМТ (рнс. 7.8). Изме-! няя ток через базовые электроды, .можно устанавлн-] вать необходимые значения электрического поля в базе

На рис. 7.9 показаны экспериментальные зависимости нагфяжения между коллекторами такого ДМТ от ин1 дукции магнитного поля для различных соотношений то! ков через эмиттер и прилегающий базовый контакт. Дл 64

устранения влияния ЭДС Холла на магниточувствительность в этом эксперименте ширина базы делалась много больше ее длины. Двухколлекторные магнитотранзисторы изготавливались из п-кремния с р=150... ...200 Ом-см по обычной планарной технологии. При постоянстве общего тока /б1 + Д =5 мА действие омического контакта 61 сводится фактически к шунтированию эмиттера и ухудшению его эффективности с точки зрения обычного транзистара. Тем не менее магнито-ч\вствитель[юсть значительно увеличивается, что объ-

Ри.- 7.9. Зависимость напряже-и;: между коллекторами коеы-Hiki. го ДМТ для различных то-Kirt -миттсра и базы прп V(56~ =6 В, £ п = 100 В

/э,/й,л,4

Рис. 7.10. Зависимость напряжения между коллекторами ДТ.М от токов эмиттера и базы при 6 = 0,1 Т:

/) Г(/,) при 1-=0; 2) V(f) при мЛ. Штриховая линия рассчитана по формуле (7.И)

яс;.;:отся увеличением электрического поля у эмиттера и (;.лее сильным перераспределением инжектированных носителей между коллекторами.

Иа рис. 7.10 показана зависимость напряжения между коллекторами ДМТ от токов /б1 и Д. Из рисунка видно, что увеличение тока через нижнюю базу гораздо сильнее повышает магниточувствительность, чем аналогичное увеличение тока через эмиттер.

Увеличение скорости движения инжектированных носителей происходит и прИ увеличении подвижности носителей заряда. Следовательно, магниточувствительность должна возрастать и при увеличении подвижности (7.11). На рис. 7.11 приведены зависимости V(B) для 5-1143 65

различных температур. Как известно, в высокоомно* кремнии подвижность дырок растет с уменьшением тьич пературы. Это приводит и к росту магниточувствитель- ности ДМТ.

В промышленных конструкциях ДМТ для увеличе-1 ния чувствительности следует использовать как ЭДС' Холла, так и повышение напряженности электрического]

о

ГСП

Рнс. 7.11. Зинисимосп. напр!!- Рис, 7,12. Зависимость bi.i.xo.t-

жснмя МС/к.1> Ko.i.icK njp;i\i;! иого н:111]у,1жспня ДМТ от рас-

Л.\1Т ог iiii;i\hmiH MainnrHoio стоянии ;.!cжл коллскто);!мн

ноли раз.чмчных it.\iHcp<i-

турах

по.тя В базе. Поэто.му ;)аз.меры базы ди..жны удовлетворять требованиям, предъявляемым к конструкции датчика Холла, т. е. д.тнпа базы до.тжна бьггь в 2 ... 3 раза бол1>н1е ее П1прины. Температурную стабилизацию чувствительности можио осуии'ствлять введеинем терморезистора в цепь верхней базы. Уве.тичеиие температуры в этом случае приводит к росту /g !i соответствуюшсму увеличению У (рис. 7.10), что компенсирует уменьшение V за счет уменьшения подвижности.

Магниточувствительность ДМТ существенно зависит от его геометрических размеров [50, 51]. Как отмечалось выше, размеры эмиттера должны быть много меньше размеров коллекторов. В рассматриваемых Д.Г длина стороны эмиттера 30 мкм. Для того чтобы носители не могли пролететь мимо коллекторов в сторону верхнего базового контакта, длина коллекторов должна быть не меньше L. В зависимости от расстояни между коллекторами (2а, рис. 7.3) магниточувствитель ность имеет максиму.м. Как видно нз экспериментальной зависимости на рис. 7.12, оптимальное расстояни 66

равно 150 мкм, что соответствует 0,51, [51]. Уменьшение чувствительности в обе стороны от максимума объясняется тем, что при сокращении расстояния ослабляется эффект перераспределения инжектированных носителей между коллекторами, а при увеличении расстояния растет рекомбинация носителей в базе.

На рис. 7.13 показана экспериментальная зависимость выходного напряжения с ДМТ от угла между направлением электрического и магнитного полей [52]. Электрическое поле направлено от -нижнего базового контакта к верхнему (рис. 7.8). Вектор индукции магии г itoro поля вращался в плоскости, перпендикулярной и(;]!ерхности ДМТ и проходящей через оба базовых контакта. При оптимальных режимах работы ДМТ (/б1 = = 4 мА, /э = 0,6 мА) максима.,1ьный выходной сигнал наблюдается при направле-1П!и магнитного поля, перпендикулярном поверхности Д.МТ. Это полностью соот-ве I ствует принципу действия Д.МТ и не нуждается в пояс-исииях. С увеличением тока э.\!и,тсра растег составляющая потока ннжектирован-IIЫч носителей, направленна; вг.тубь от поверхности 6:i <ьь Поэтому максимум .\1о;иет сдвигаться в CTOpoHv -Меньших углов (до 45°).

Большинство указанных выше характерисгик ДМТ снято при напряжении источника питания £ 0=100 В. Значительно снизить £ 0 можно использованием вместо нагрузочных резисторов коллекторов ДМТ полевых транзисторов. Полевые Т|ранзисторы в двухполюсном включении (затвор замкнут с истоком) обеспечивают режим генератора тока в цепи коллекторов. Ток должен соответствовать пологому участку выходной ВАХ при Л = 0 (рис. 7.4). Прн этих условиях, а также при и11=27 В, /о = 3 мА чувствительность составляет 50 В/Т (магнитная индукция до 0,2 Т). Снижение £ До 5 В приводит к уменьшению чувствительности в 10 раз. 5* 67

1,с 7.13. Зависимость выходного нанрлжсния Д.\\Т от \тла между иапра1!лс-п;;с\1 электрического и .магнитного полей