где Е - напряженность элек-прического поля в базе, схеме с общим эмиттером

А2.. = А21б/(1 - Лг.б) = А2 о9 /2АГ. (10.5]

где Л21во - коэффициент передачи без учета электрического поля. Тогда изменение напряжения на коллекторе

ДI/, = = ДА2 /б,/? = IMqlEWI2kT, (10.6) где /б| -входной базовый ток транзистора. Изменение напряженности электрического поля в базе в магнитном поле

LEVxlW, (10.7)

поэтому

V, = h,iM Vxql2kT. (10.8)

Два подобных магннтотранзистора также могут быть объединены в одной микросхеме, как показано на рис. 10.2,6. При этом напряжение между коллекторами V = 2AVk- Значения магниточувствнтельности в обеих структурах (рис. 10.1 и 10.2) одного порядка, так как несмотря на различия в принципах действия, определяющим является возникновение ЭДС Холла в базе и ее дальиейн1ее \-силение транзисторами.

102 ОДНОПЕРЕ.ХОДНЫИ ТРАНЗИСТОР И БИПОЛЯРНЫЙ МАГНИТОТРЛНЗИСТОР

Схема генератора на однопереходном транзисторе описана в § 5,2 (см. рис. 5.6). Используя однопереход-ный транзистор в сочетании с биполярным транзистором, можно создать датчик, частота сигнала которого

ffa,

0,4 0,8 в,т S)

Рпс 10 3 Генератор релаксационных колебаний на однопереходном транзисторе (о) н зависимость частоты от индукции магнитного поля для различных токов (о)

является функцией индукции магнитного поля. Конструкция такого датчика показана на рис. 10.3 [56J. Од-нопереходный транзистор в нем отличается от обычного (рнс. 5.1) тем, что рядом с верхним контактом базы расположен второй эмиттер р2. При отключенном р1 генератор работает так же, как описанный ранее генератор релаксационных колебаний. Разница состоит е том, что в данном случае отсутствует резистор в цепи pl. Поэтому зарядка конденсатора происходит обратным током р-п-перехода (/ ас ). Если концентрация дырок в ргобласти много больше концентрации электронов в -области, то обратный ток pi- -перехода определяется концент1рацией неосновных носителей (дырок р„) в -области

/ ac = 5DpP /V (10.9]

Прн включении эмиттера р2 инжектированные им дырки уносятся электрическим полем базы к эмиттеру р/ и увеличивают его обратный дырочный ток на величину

/o = Wp. (10.10]

I le /р -ток верхнего эмиттера; h-i\(,-коэффициент передачи тока дырок от верхнего эмиттера к нижнему. К1)1да эмиттер р/ включен в обратном направлении, то /j -п-pi-структура представляет собой биполярный транзистор. Под действием поперечного магнитного по-.14 дырки отклоняются к эмигтеру р/ или от него, что приводит к изменению /гго-, и обратного тока эмиттера а соответственно к изменению временп заряда коп--iciicaTopa и периода колебаний:

(10.11)

/ +/ яс /?2,e(5)/p-b/ ac

r.ie AV -участок отрицательного дифференциального сопротивления на эмиттерной ВАХ однопереходного транзистора.

На рис. 10.3 показана экспериментальная зависимость частоты от индукции магнитного поля для об(раз-на из -германия размером 0,5x1x5 мм с р = 40 Ом-см,

=3 мм. Следует отметить, что рассмотренная структ тура может работать в схеме рис. 10.3, если точка на ВАХ, соответствующая /, =0, расположена на участке отрицательного сопротивления, как, например, в герма-

6-1143 .gi

ниевых однопереходных транзисторах. В других случаях] необходимо через дополнительный резистор подать на эмиттер прямое напряжение (см. рис. 5.6), однако вследствие шунтирующего действия этого резистора относительное изменение тока заряда конденсатора будет меньше, а соответственно меньшим будет и относительное изменение частоты в магнитном поле.

Переменный сигнал на выходе можно получить и в датчике на основе двухколлекторного магнитотранзистора, включенного по схеме на рис. 10.4,а. Эта схема от-

н2 С

Рис, 10.4. Скемл датчика иа основе двухколлекторного магнитотранзистора на переменном сигнале (а) и отдельная схема генератора на однопсреходном транзисторе (б)

личается от схемы па рпс. 7.8 наличием конденсатора. Межбазовая цепь и эмиттер представляют по существу однопереходиьп ! транзистор, схема которого показана на рис. 10.4,6. Как отмечалось ранее (§ 5.2), прн включении одиопереходного транзистора в указанную схему ои генерирует пилообразные релаксационные колебания. На нарастающем участке пилы конденсатор заряжается через резистор У? а па падающем разряжается через внутреннее сопротивление базы /?[. Прямой ток через эмиттер протекает только в момент разряда конденсатора, соответственно импульсы дырок инжектируются через интервалы времени Т (5.7). Соответствующую форму имеет и сигнал, снимаемый с двух коллекторов. При одном направлении магнитного пол5Л импульсы положительны, а при противоположном-от- рицательны. Таким образом, изменение постояиногс магнитного поля приводит к изменению амплитуды вы

ходного переменного сигнала [57]. Если измеряется индукция переменного магнитного поля, то на выходе получается переменный сигнал, .модулированный по амплитуде.

10.3. ПОЛЕВЫЕ И БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ. ИНЖЕКЦИОННО-ПОЛЕВОИ МАГНИТОТРАНЗИСТОР

Простейшая комбинация полевого и биполярного транзисторов состоит в том, что один из них является магниточувствительным элементом, а другой - усиливающим. Так как у1ровень собственных шумов полевого транзистора меньше, чем биполярного, то в качестве магниточувствительного элемента целесообразно использовать полевой магнитотранзистор. Сигнал с холловских зондов магнитотранзистора может быть усилен .тву.мя биполярными транзисторами. В интегральном 11сп()лнении структура такого прибора подобна структуре датчика Холла с усиливающими транзисто(рамп (рис. 10.1). В качестве канала полевого магнитотран-uicTopa н баз биполярных транзисторов также исполь-пчтся одна диффузионная область, а на поверхности убавляется область затвора.

Большой магниточувствительностью обладает ин-/la кцнонно-иолевой магнитотранзистор (ИПМ). Он от-,ичается от полевого тем, что один из омических кои-I актов к каналу заменен р-м-переходом, включае.мым 3 пря.мом направлении [7]. На рпс. 10.5 показаны .1руктуры ИМП с р-п-переходом в качестве затвора : с затвором МДП-типа. Рассмотрим принцип дейст-

Рчс. 10.5. Структуры ннжекционно-полевого магнитотранзистора с я-переходом (а) и с МДП-конденсатором (б) в качестве полевого электрода

ВИЯ ИПМ на примере включения его в схеме с общей базой. Пусть на коллектор подано такое напряжение, при котором область объемного заряда полностью перекрыла базу и условия в цепи коллектора таковы, что /к=соп81. Тогда при Уэ =0 в цепн эмиттера протекает небольшой црямой ток. С ростом напряжения на эмиттере прямой ток эмиттера увеличивается, что приводит к соответствующему увеличению тока коллектора. Так как коллектор работает при / = const, то вследствие сохранения этого условия напряжение на коллекторе \мен1,шается и канал напротив коллектора открывается. Происходит уменьшение сонротивлепня эмиттер - база и дальнейший рост /3. Таким образом, рост /g приводит к увеличению ширины канала, а это обуслов-.чивает дал1шейи1ий рост I3. Такая сильная положительная обратная связь ио току в эмиттерной цени и является причиной образования ВЛХ 5-тина (рнс. 10.6).

Рнс. 10.6. Входные ВАХ нн-жекцнонно-полевого магнито-траи:и1стора, показанного на piic. 10.5,а

7,0 y,s,B

С увеличением для отпирания канала нужно подать большее напряжение на -мичтер, в связи с чем напряжение включения растет. Под действием поперечного магнитного по.чя увеличиваются напряжение включения и остаточное напряжение, как и в однопереходном магнитотранзисторе (рис. 5.3 и 5.5).

Более подробно к настоящему времени изучены маг-питочувствительные свойства ИПМ МДП-тина на основе кремния [58]. Такой прибор (рис. 10.5,6) можно рассматривать как магнитодиод с нолевым электродом на поверхности. В планарной структуре эффективное время жизни неосновных носителей в базе диода определяется рекомбинацией их на поверхности. Подавая напряжение на нолевой электрод, можно прижимать (\далять) пнжектировашгые носители к поверхности, т' е, изменять их эффективное время жизни, а соответственно и магниточувствительность.

В зависимости от используемого диэлектрика изменяется и вид ВЛХ прибора. Инжекционно-нолевые маг-

нитотранзисторы с двуокисью кремния имеют вхйдные ВАХ, такие же, как и магннтодиоды (рис. 4.6). При использовании в качестве диэлектрика окиси алюминия U подаче на затвор напряжения входные БАХ аналогичны характеристикам 5-магнитоднода (рис. 4.9,6). Причиной образования отрицательного сопротивления .может быть введение примесей при нанесении диэлектрика, образующих глубокие уровни, и соответствующее изменение времени жизни носителей, инжектированных и базу, с ростом нх концентрации (см. § 4.5). Магниточувствительность ИПМ л-р-л-типа из кремния с удельным сопротивлением около 10 кОм-см [58] растет с увеличением напряжения на затворе н при V- = 10...20 В достигает 10 В/.\-Т, т. е. такой же величины, как и у магнитодиодов.

11. Магнитометры иа основе эффекта Джозефсона

11.1. ТУННЕЛЬНЫЙ ЭФФЕКТ В СВЕРХПРОВОДНИКАХ. ЭФФЕКТ ДЖОЗЕФСОНА

Сверхнроводи.мость возникает при охлаждении металла ниже 1М|)еде.чеинон критической температуры Г^р. Кристаллическая ре-[иетка при этом практически не изменяется, электроны же псрехо-1ят в новое более упорядоченное состояние, устойчивое по откошс-.ию к рассеянию на различных дефектах. При низких те.мнсратурах н (аимодействие электро)юв с атомами решетки и друг с другом ожно представить как процесс непрерывного излучения и поглощения фопонов - элементарных квантов колебаний решетки. Обмен .рононамн между двумя электронами приводит к возникновению шаимного притяжении, под действием которого (если опо больше к\,(Оновского отталкивания) электроны объединяются в так называемые куперовскпе пары. Взаимодействие наиболее сильно, когда учмарный импульс н спнп пары электронов равен нулю [8, 9, 59].

Отдельные электроны ведут себя как фермн-частицы, т. е. в каждом энергетическом состоянии находится лишь один электрон. К> перовские пары не обладают суммарным моментом н подобны оозе-частицам (бозонам), которые конденсируются в одном общем наинизшем состоянии. Конденсат из электронных пар не может поглощать или испускать энергию Е, меньшую энергии разрыва нар. Соответственно эту минимальную энергию (2Д) называют энергетической целью. Она имеет максимум прн Г=0 К и умень-и1ается с ростом температуры, достигая нуля при 7 =7 кр. Множитель 2 соответствует тому, что при разрыве пары образуется два возбужденных электрона. Энергия каждого возбуждения

(11.1)