Главная  Гальваномагнитные приборы 

1 2 3 [ 4 ] 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

ность максимальна при 1,41-, , где d - размер об-! разца в направлении действия силы Лоренца.

Из всех материалов наиболее подходящим для со-1 здания магниторезисторов на основе ГМР эффекта| является германий. При проводимости, близкой к собственной, он сочетает достаточно высокую концентра-; цию электронно-дырочной плазмы с большим значением Lp (до 3 мм). Германиевые магниторезистары [62] имеют размеры 8X0,6X0,2 мм. На концах полупроводника создаются токовые омические контакты и на одной боковой грани (8X0,2) область с высокой скоростью рекомбинации. Магнитное поле направлено перпендикулярно поверхности 8X0,6. Магниторезистор имеет следующие параметры при номинальном токе питания 3 мА; исходное сопротивлеине 24 кОм; вольтовая магниточувствительность 50 мВ/мТ; температу^рный коэффициент чувствительности в интервале температур -Ь10...-1-35°С не более 0,5%/град; частотный диапазон 0... 103 Гц.

Функциональные возможности магниторезистора могут быть значительно расширены созданием полевого электрода (МДП-тина) на боковой поверхности. При изменении напряжения иа полево.м электроде меняется скорость рекомбинации на прилегающей поверхности полупроводника, а следовательно, создается возможность управления величиной магннточувствигельности.

Рассмотренные магниторезисторы используются в настоящее время в выпускаемых промышленностью мил-лнтесламетрах Ф4356.

4. Магнитодиоды

4.1. МАГНИТОДИОДНЫЙ ЭФФЕКТ

В качестве магнитодиодов используются несимметричные р+-п- и.яи я+-р-нереходы с длинной базой, т. е. базой, длина которой больше длины диффузионного смещения неосновных носителей заряда. Рассмотрим для определенности р+-л-нереход. Внешнее напряжение, приложенное к такому диоду (рис. 4.1) в прямом направлении, распределяется между областью объем-

ного заряда р+-л-перехода У^з и высокоомной базой Уб

VVo,+ V6- (4.1)

Вольт-амперная характеристика (ВАХ) р+-о-нерехо-да без учета падения напряжения на р- и п-областях записывается в виде [7]

I = I ,Aexp{qVJckT)-l], (4.2)

где ток насыщения 1 = qSDpPjLp,\<.c<.2, в зависимости от уровня инжекции. Из (4.2)

длинной базой

h---

П 1

-W---

i/ 3-(c*r,V) In (1-!- /, ,).

Падение нанрялчения на базе

V,[ Edx = IR, = i:o,.

(4.3)

(4.4)

Зависимость £(/, р) определяется из уравнений для токов

Jp = qP\\E-qDpp, j = qn\>.nE+qD,vn, j=jp-\-/\, (4.5)

а Р{х, i)-из решения уравнения непрерывности (для постоянного тока)

= 0. -JLlO. (4.6)

При типичных граничных условиях р(0) = р„ехрХ Х(?1ш/? ), p{W)=p и достаточно длинной базе IV> > (3-b)Lp решение (4.6) можно записать в виде

Р^Рп + Рп \V[qVJkT)-\]Qx{-xlLp). (4.7)

Сопротивление базы, рассчитанное но (4.4), (4.5) для этого случая в интервале токов Л/ ,е</С^/ асехр(Г .,),

/?6=(r/8 5)[l-(V)ln(l + А/ ,е)1, (4.8) где A = bnJp (b-{-\)J\.\.

Z.2 р



Подставив (4.8) в (4.4)

диода

Т

и в (4.1), получим Bj / 1W

При помещении диода в перпендикулярное направ; нию тока магнитное поле его сопротивление увелич! вается по следующи.м причинам.

Во-первых, изменяется ток насыщения р-л-перехс да. В /?+-л-переходе этот ток образуется дырками [7j возникающими в слое базы толщиной L, около пер< хода со скоростью тепловой генерации pjp, т. е.

С учетом известных соотношений физики полупровод

НИКОВ

(4.1 (4.12;

Up в магнитном поле сопровождается од

У\1ен1.и1еш1е

повременным уменьшением т за счет отклонения ни жектнрованных носителей к поверхности базы, где ско рость их рекомбинации обычно выше, чем в объе.ме. По этому результирующее изменение / а, меньше, чем из .\1ене}ще исходной ироводимостн пол} проводника (1.12 и нм можно пренебречь.

Во-вторых, у.меиынается подвижность основных на снтелей и связанная с ней проводимость базы.

В-третьих, у.меньщается проводи.мость базы, обу словленная инжектированными неосновны.ми носнтел? .МП за счет снижения 1 со \ а^,- вследствие yмeньшeн^

\p ч увеличения эффективной толщины базы всле ствие искривления линий тока.

Совместное действие этих трех причин, прнводящ( к увеличению сопротивления диода в .магнитном пол может усиливаться внутренней положительной обра ной связью по току. Она состоит в том, что рост соп{ тнвления базы в магнитном поле приводит к увелич нию падения напряжения на ней Fg и к уменьшени

напряжения на р-л-переходе 22

Уо.э [при П0СТ0ЯНН(

внешнем напряжении V, см. (4.1)]. В свою очередь, с меньшением Уоз уменьшается инжекция носителей р--rt-переходом и дополнительно растет сопротивление

Поскольку первые две причины не могут обеспечить магниточувствительности выше, чем магниторезисторов, то для достижения высокой чувствительности диодов к магнитному полю необходимо, чтобы третья причина была определяющей. Магнитодиодным эффектом в настоящее время и принято называть эффект изменения сопротивления днода в магнитном поле, происходящего вс.1едствие изменения распределения концентрации нс-рав!ювесных носителей в базе диода [4, 7]. Проводи.мость базы, об\словленная инжектированными носителями, должна быть не меньше, чем проводимость, обусловленная основшдмн носителями. Это условие обеспечивается выбором материала базы с малым п„ и большим L р.

При меньнл!х длинах базы (W L) решение урав-иетгя непрерывности (4.6) с теми же граничными условиями имеет вид

р=-р.+Рп Ир {qV kT)-\]shx

y:[{W-x)Llsh(WL). (4.13)

Выражение для R(, (4.8) при этом значительно усложняется. }1анрих[ер, для полупроводника, близкого к еоб-сгвснному. ирн низких уровнях ннжекции

ELp , (4exp(U7,Z ) + -CH + /---f Cj С W \А exp (U/;!,) -4- + CJ [ Л-i-f-Cl

.(4.14)

где A = /, F sh {WjLp)- С = , A - - R,-WrS - исходное соиротивлеине базы при / = 0.

В завнсих[остп от структуры /;-/г-перехода и ксш-такта к базе граничные ус.ювня изменяются, что приводит к еще большему усложнению зависимости Rb{i) (см. [4j).

4.2. МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ И КОНСТРУКЦИИ МАГНИТОДИОДОВ

Для характеристики магниточувствительных свойств гальваномагнитных приборов чроме y = AVIIB (2.9) используется также магниточувствительность:



1 dln

n 1+.

(4.17)

, Lp dE a dB Если относительное изменение диффузионной длины много больше, чем относительное изменение подвижности, то

Таким образом, для \вс.!ичеиия чупстнительности магнитодиодов необходимо использопать материа.ч базы с малым п„ \\ большим изменением L в магнитном поле. Поскольку растет с увеличением L, а V-p - {kT\

q)\-n , то высокое значение L

р р

величиной т

р' ~

обеспечивается большой

Для си.чьного изменения т,

а значит, н Lj, в магнитном поле в структуру магиитодиода вводится специальная область с высокой скоростью рекомбинации инжектированных носителей (область s на рис. 4.2).

1 Q

Рис. 4.2. Структура магиитодиода с областью большой скорости рекомбинации

Обычно такая область расположена на поверхности базы. При указанном на рис. 4.2 направлении магнитного поля инжектированные носители отклоняются к s-обла-сти, что приводит к увеличению скорости нх рекомбинации, уменьшению концентрации и увеличению сопротивления магиитодиода. При противоположном направлении магнитного поля инжектированные носители от-24

клоняются от s-области, их время жизни увеличивается и сопротивление магиитодиода уменьшается.

В настоящее время применяются две конструкции магнитодиодов: торцевая (рис. 4.3,а) и планарная (рис. 4.3,6).


Рис. 4.3. Конструкция магнитодиодов

При массовом производстве торцевых магннтодно-дов трудно осуществить обработк} поверхрюсти тoльк(J одной боковой грани, поэтому все грани обрабатываются одинаково. Сопротивление таких магнитодиодов растет при обоих направлениях .магнитного поля также одинаково.

В планарпой конструкции магиптоднодов [[елесооб-разно увеличивать скорость рекомбинации носителей заряда на сто[)оие пластины, противоположной от контактов. В этом случае при полярности .магнитного поля Л-В инжектированные носители отклоняются к верхней грани пластины, сокращ.ается нх траектория движения и увеличивается В|ремя жизни. Оба этн эффекта приводят к уменьшению сопротивления магиитодиода. При направлении магнитного поля -В сопротивление увеличивается. Это позволяет использовать магнитодиод для определения направления магнитного поля.

Если же область с высокой скоростью рекомбинации расположена на верхней стороне пластины, то эффекты изменения длины траектории и времени жизни будут частично компенсировать друг друга и магнито-Увствительность значительно уменьшится.

Магниточствительность р+-ti-я+-диода пропор-ЦиональнаТ/!х^/(л^, а л+-р-р+-диода VJ\?-p. Так как в большинстве полупроводников ><р, то в качестве р^ ч1одиода лучше использовать полупроводник

Tv=AV/AS (4.15>1

или токовая ., . Л

7/ = A Afi. (4.161

В паспортах магнитодиодов обычно записывается yv при определенном токе, откуда легко определить у. Дифференцируя (4.9), при питании диода от источника, работающего в режиме генератора тока, н пренебрегая изменением / ас. получаем




1 2 3 [ 4 ] 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17