яиные. В интервале температур O..T1 концентрация рас тет с увеличением температуры за счет ионизации ато мов примеси [первое слагаемое в (2.12)]. В интервал-T... 72 вся примесь ионизирована и концентрация н меняется. При температурах выше происходит иони зация атомов полупроводника и концентрация увели чивается [второе слагаемое в (2.12)].

Наиболее удобным для работу датчиков Холл является участок Ti... Т2. В полупроводниках, легиро ванных примесью с малой энергией ионизации, Ti достаточно низка (например, в германии, легирован1юг сурьмой, Г] =32 К) и лежит за пределами обычног температурного диапазона работы полупроводниковы приборов. Из (2.11), (2.12) следует, что Гг растет с уве личением ширины запрещенной зоны и концентраци' примеси. Поскольку увеличение приводит к рост концентрации электронов и к уменьшению постоянной Холла, то наиболее предпочтнтел1>ным способом увеличения Гг является использование полупроводников с большн.м значением например арсеннда галлия.

Приборы нз него имеют и большее значепне предслы!ой рабочей температуры.

У полупровод1[иков с Е^,<0,7 эВ (германий, антнмо-ннд индия) температура Т2 меньн1е комнатной, поэтом-I л в датчика.х нз эти.к материалов \ \1е1Н>п1ается с ростом температуры выи1е 0°С.

В зависимости от температурного диапазона работы .татчика Холла выбирается и режим нитаиия. При ра боте иа участке Г, ... (постоянное R\} стабильност!

обеспечивается постоянством питающего тока (1.3) Стедовательно, питание цепи /-2 (рнс. 2.1) необходи МО осуществлять от генератора тока. При работе в ин тервале температур выше удобнее питать цепь /-i от генератора напряжения. Уменьи1ение Vx за счеТ! у.меньшения с ростом температуры частично ком пенсируется увеличением Vx за счет роста тока (1.3) так как сопротивление R уменьшается.

Для более полной компенсации температурпог^ дрейфа Vx последовательно с нагрузкой (рис. 2.1) можно включить терморезистор, однако прп этом ампли туда полезного сигнала, снимаемого с R , уменьшается Кроме расс.мот1ренных выше параметров, датчики Холла характеризуются остаточным напряжением Vxo т. е. напряжением на холловских электродах при отсут

сгвич магнитного поля. Основной причиной появления j/jjo является неэквипотенциальность расположения холловских электродов. Например, если электрод 3 расположен несколько выше электрода 4, то их потенциалы относительно электрода / запишем как

Кчо- 1/3-V4 = /p(/ -/,4)/5, (2.13)

где Аз, /14 ~ расстояния от электрода 1 до соответствующего холловского элект1рода.

Простейп1ая компенсация Vxo производится включением резистора по схеме, показанной на рис. 2.3,а. Протекающий через резистор ток увеличивает по-терщиал v4 до з- Однако эта схема не обладает тер-моетабильностыо, так как Ухо рис изменением температуры происходит дрейф Vxo- Более термостабнль-на схема компенсации, показанная на рис. 2.3,6. На 1)дном из концов датчика Холла делается два токовых контакта и пненшим потерщиометром меняется соотношение токов через них. Это эквивалентно изменению эффективи1лх .ыин .шиий тока (/, 3, /,4), вследствие че:о и происходит компенсация У.\ (2.13).

2 3. .\Uu,.iu

KoMiieiicaini:! \ ч11м]- ) 11ап[)яжс1111;[ xo.i.iDii-:..:\ 1 leKTDo.hns

Хналогичио можио заменить один нз холловских j и-ктродов дву.мя, разнесенными по длине. Компенса-иия осуии'ствляется в схеме, в которой эти электроды по.чключеиы к концам потенциометра, а напряжение Ух епи.мается с движка.

Следует от.метить, что любая термокомпенсация выполняется лишь в относительно узком интервале температур, во-первых, вследствие разной зависимости от температуры удельного сопротивления по.тупроводника и компенсирующего элемента и, во-вторых, из-за зависимости сопротивления контактов датчика от температуры.

3.1. ВЛИЯНИЕ КОНСТРУКЦИИ МАГНИТОРЕЗИСТОРОВ НА их ПАРАМЕТРЫ

Магниторезисторами называют нолунроводниковые резисторы, сопротивление которых меняется в магнитном поле. Поскольку эффект магнитосопротивления максимален в полупроводнике, не ограниченном в направлении, перпендикулярном току, то в реальных магнито-резисторах стремятся максимально приблизиться к этому условию. Наилучшим моделированием неограниченного образца является диск Корбино (рис. 3.1). При отсутствии магнитного ноля ток в таком образце направлен но радиусу. Отклонение носителей заряда под действием магнитного ноля происходит в направлении,

перпендикулярном радиусу, поэтому разделения носителей заряда и образования электрического ноля Холла не происходит. Другой структурой (хотя и с меньшим магнптосоиротивлснием,чем в диске Корбино) является пластина, ширина которой много больше ее длины.

Рис. 3.1. Простые магниторезисторы:

а - диск Корбнио; б - пластина

Эти две структуры об.тадают наибольши.м относительным изменением сопротивления в магнитном поле. Однако их существенным недостатко.м (особенно второй) является малое абсолютное значение исходного сопротивления /?о (прп В = 0), что обусловлено нх конфигурацией. Для увеличения исходного сопротивления применяют последовательное соединение нескольких магниторезисторов. Последовательное соединение дис-

5) в)

Ю

Рис. 3.2. Сложные магниторезисторы:

а - последовательное соединение дисков Корбино; б -пластина с металлическими полосками Ра поверхности; в - кристалл с высокопроводящими

иглами в объеме

ков Корбино показано на рис. 3.2. Недостатком такой структуры является большая длина в направлении магнитного поля, что приводит, например при помещении магниторезистора между полюсами магнита, к необходимости использования большого зазора и ослаблению магнитного поля.

Этого недостатка лишена структура, показанная на рис. 3.2,6, где вместо последовательного соединения магниторезисторов (рис. 4.1,6) используется одна длинная пластина полупроводника, на поверхность которой нанесены металлические полоски, делящие пластину на области, длина которых меньше их ширины. Таким образом, каждая область между полосками представляет отдельный магниторезистор. Можно также считать, что металлические полоски выполняют роль шунтов, уменьшающих ЭДС Холла, что приводит к увеличению магнитосопротивления. Вместо пластины с металлическими полосками для создания магниторезисторов можно использовать материа.1, в котором области с высокой элсктроироводностью созданы в процессе роста кри-ста.чла. В этом случае отпадает необходимость в нанесении .мета.т.чическнх ио.чос.

Магниторезисторы такого типа созданы на основе кристаллов InSb с добавкой 1,8% NiSb [3]. Включения XiSb образуют в кристалле InSb иглы с удельны.м сопротивлением, почти иа два порядка меньшим, чем удельное сопротивлеине самого кристалла. Магнитосо-иротивлеиие такого материала не зависит от формы образца, необходимо лишь, чтобы направление игл было перпендикулярно направлениям оси и магнитного поля (рис. 3,2,s).

3.2. Л\.\Т1:Р11.ЛЛЫ для -МАГНИТОРЕЗИСТОРОВ

Как следует пз формулы (1.12), для создания магниторезисторов с.чедует использовать полупроводники с высокой подвижностью носителей заряда. Материалом с высокой подвижностью является InSb [р„ = (70... 80)-Ю^ см/В-с)]. Изготовленные из него магниторезисторы имеют коэффициент относительного изменения сопротивления до100%/Т (нрималыхВ); температурный коэффициент сопротивления около 17о/град. Зависимость сопротивления от магнитной индукции показана на рнс. 3.3. При В до 0,3 ...0,5 Т зависимость квадратична, а при больших В линейна.

Магниторезнсторы на основе InSb-NiSb (рис. 3.2,в) имеют чувствительность в два раза выше, чем из InSl при аналогичной зависимости R{B). Температурны! коэффициент сопротивления 2...3%/град. Максималь ной магниточувствительностью обладают магниторези* сторы из InSb собственной проводимости. Однако они! имеют также максимальный температурный коэффи-j циент сопротивления, так как концентрация носителей! заряда в собственном полупроводнике наиболее сильно! меняется с температурой (2.12). Зависимость подвижности от температуры имеет максимум при Т = 77 К, поэтому магниточувствительность прн этой температуре] максимальна и уменьшается в обе стороны, причем при гелиевых и комнатных температурах она почти одинакова (в 4 ... 5 раз меньше максимальной). В примесном InSb ослабляется зависи.мость от температуры концен-

Рис. 3.3. Записимосгь сопротивлсти! иг магнитной индукции магнпторезигто]):! т .ппН-мони.Ы индия, конструкция KoiOPoiii нри1зе-деиа иа рис. 3.2.6

трации н подвижности, что уме[[ьЦ1ает температурный! коэффиц[[ент сопротив.тения. Магннточувствитель[[ост[> также уменьн[ается как из-за чмсньшения подвижности, так и из-за ослабления эффекта шунтирования (мета.т- лическпми полосками или 1плам[, см. рнс. .3.2,о, в) встедствие роста [1ровод[1Мости кристалла.

В последнее вре.мя д.тя создания магннторезисторов! использован твердый раствор (Н§Те), д. -Ь (CdTe)j;j [И)]. В зависимости от состава н температуры этого! вещества меняются ширина запрещенной зоны и под-в1[жность носителей. Наибольшей подвижностью обла-i дают составы с шириной запрещенной зоны, близкой к нулю, соответственно они обладают и наибольшей маг- ннточувствительностью, котдрая выше чувствительности! магннторезисторов из антимонида индия при всех тем-1 нературах. Однако Ro оказывается в них меньше. Для] повышения Ro магниторезнсторы изготавливают в виде! змейки (рис. 3.4). Из рис. 3.5 [16] видно, что ч)вст-

вительность таких резисторов (х = 0,1) имеет максимум при температурах 20... 100 К, зависящий от магнитной индукции.

Рис, 3.4. .\\агниторезист<)Р в виде з.мейкн :

/- 1мплир\юпи-)я подложка;

иолупроипдник

Рпс. 3.5. Температурные зависимости сопротивления магниторезистора из соединения кадмий - ртуть - теллур в разпы.ч магнитных поля.х

3.3. .М.ЛГИИТОРИ.ЗИСТОРЫ И.Л ОСНОВЕ -.\,-1ЬВ,ЛИ().\\.\Г1111ТОРГК{),\\БИ11,\ЦИ()ННОГО ЭФФПКТ.Л

.WaiTDiTHoe но.те. панрав.тенное перненднкуляр1Ю току через образец (с\г. § !.3), приводит к перераспре.чс-.1сппк:1 не()с|[()виых н основных носителей заряда в ооь-еме по,1уироводн[1ка и образованию неравновесной эдек-тро!П[о-дыроч1[он и.тазмы. Этот эффект обычно назы-паекя гальва[[омагинторекомбипаиионнь[м (ГМР) [62]. Ес.ти, например. скорост1> рекомбинации неравновестлх иосигелей в месте пикоплен1[я плазмы больиге средней по ()6разц\-, то это приводит к усилению рекомбинации и уменьшению сред[1ен концентрации нос[1телей в образце, т. е. увеличению его сопротивлення. Область с в[.1сокой скоростью рекомбинации обычно создается иа поверхности полупроводника. Относительное изменение сопротивления (магниточувствительность) растет с прн-олижение.м проводимости полупроводника к собственной вследствие увеличения концентрации электронно-дырочной плазмы по сравнению с концентрацией носителей, обусловленной ионизацией примеси. Область отклонения концентрации носителей от равновесной про-ст[[рается в глубь объема полущроводника от поверхности на расстояние немного больше длины диффузионного смещения Поэтому магниточувствитель-2 19