Обратный ток диода с областью высокой рекомб нации может быть чувствителен к магнитному пол| Это связано с тем, что р- -переход в обратном вкл* чении вытягивает неосновные носители из базы и i концентрация становится меньше равновесной. Ск< рость генерации неосновных носителей в s-области пр этих условиях выше, чем в объеме базы, поэтому долу обратного тока, образуемая носителями, движущимися из s-области, достаточно велика. Поперечное магнитное! поле изменяет траекторию носителей, движущихся из s-области, что приводит к соответствующему изменению обратного тока диода.

Согласно (4.17) чувствительность магнитодиодов ра- стет с увеличением тока через них.

4.3. ГЕРМАНИЕВЫЕ МАГНИТОДИОДЫ

Первые магннтодноды, изготовленные из германия с| проводимостью, близкой к собственной (р = 50 Ом - см, Lp =3 мм), с небольнюн скоростью поверхностной ре- комбинации имели чувствительность около 0,5Х^ ХЮ В/А-Т [18J. Японская фирма Соин серийно вы- пускает германиевые Mai иитодноды, на поверхности которых имеется область высокой скорости рекомбинации; (рис. 4.2). За счет этой области чувствительность маг-i нитодиодов повышается до 2-W В/А-Т, т. е. больше] чем иа порядок (рис. 4.4).

8 V,S

Рис. 4.4. ВАХ германиевого магнитодиода, структура которого показана на рис. 4.2:

Г = 3 мм; Г=25°С (19)

Рис. 4.5. Характеристики дву| последовательно включении германиевых магнитодиодов [Is

, . Два магяитодиода с противоположно ориентированными областями высокой рекомбинации могут вклю-чат1>ся последовательно (рис. 4.5). В отсутствие магнитного поля приложенное к цепи внешнее напряжение у делится пополам между магнитодиодами: I/, = !/,(,= = V72. При включении магнитного поля сопротивление одного диода уменьшается, а другого увеличивается, что приводит к изменению напряжения V,. Кроме того, что Al/(S) здесь в два раза больше, чем при использовании одного магнитодиода, преимуществом такой схемы является практическая независимость У,о от температуры. Оба таких магнитодиода изготавливаются обычно в одном корпусе и выпускаются как один прибор. Добавив еще одну пару магнитодиодов, можио образовать из.мерительиый мост из четырех магнитодиодов. В этом сл\чае целесообразно объединить попарно два магнитодиода верхней половины моста и два магнитодиода нижней половины, используя для верхней части общин аио.т, а для нижпе| - общий катод.

Преимуществом германиевых магнитодиодов является высокая чувствительность при низких напряжениях (до 2 В), недостатком - низкая макси.мальная рабочая температура ( + 8о'С). причем для уменьи]ення чувствительности в 2 раза достаточно повысить темисратур\-с ;Ю до 50Т..

4,4. КР1-.\\1)ИЕВЫЕ .\\,ЛГН[1Т0Д11()ДЫ

Концентрация собственных носителей в кремнии иа 2- 3 порядка меньи!С, чем в германии. Это позволяет во столько же раз умен1,шить ко1Щентрацию основных носителей и повысить магниточувствительность (4.17) несмотря на то, что L, в кремнии также меньше.

В настоящее время отечественная промышленность зьшускает кремниевые маг:1нтодиоды трех типов: КД301, КДЗОЗ, КД304 (табл. 4.1). Для их изготовления используется кремний р-типа с р= 20 кОм-см. Магнитодиоды КД301 представляют собой р+-р- п -конструкцию, показанную на рис 4.3,а. Расстояние между контактами 1±0,1 мм, а их площадь 0,5Х ~й ray направлениях магнитного поля +В и

ВАХ в прямом направлении изменяется одинаково увеличивается сопротивление), поэтому они непригод-для определения направления магнитного поля. В

Таблица

Параметры магнитодиодов при Г-25°С

ч+. вут.

при В =0,3 Т, /=ЗмА

Не менее 30

в;т

обратно.м направлении ВАХ такая же, как и у обычш выпрямительных диодов со слабой чувствительностьн к магнитному полю.

В магннтоднодах КДЗОЗ использована планарн. р+ р-.rt-структура, приведенная на рис. 4.3,0. Илс

Ко К- У

Рис. 4.6. ВАХ кремниевого магиитодиода КД304

шадь яонтактов 0,32 мм, расстояние между ними О 5 мм, толщина пластины 0,4 мм. Сопротивление магиитодиода в магнитном поле также увеличивается при обоих направлениях магнитного поля, но при направлении + В чувствительность выше (аналогично рис. 4.6). Причина заключается в том, что скорости рекомбинации носителей заряда достаточно велики на обеих сторонах пластины. Поскольку же верхняя поверхность расположена ближе к контактам, ее влияние существеннее и при полярности +В чувствительность выше, так как инжектированные носители прижимаются к ней. Разная величина магниточувствнтельности при магнитных индукциях -ЬВ и -В позволяет определять направление магнитного поля при известном значении \ В\.

Магнитодиод КД304 является модификацией магиитодиода КДЗОЗ [20]. Оба контакта в нем -одинаковые, поэтому ВАХ симметрична при обеих полярностях питающего напряжения. Структуру такого одного контакта, например к р-матерналу, можно представить как параллельное соединение р+-р- и п+-р-переходов. При отрицательной полярности на контакте сопротивление п+ -р-иерехода много меньше, чем р+-р, поэтому основная часть тока протекает через п+-р-пареход, который инжектирует в базу электроны. При положительной полярности, наоборот, сопротивление р+-р-пере-хода много меньше, и он выполняет роль омического контакта.

Магниточувствительность КД304 растет с увеличением В почти линейно до значений 0,4... 0,5 Т, а затем становится постоянной, В соответствии с (4.18) увеличение тока через днод также приводит к росту чувствительности. Для КД304

Т;:; = 20/[В/Т-мА1, --=10/[В/Т.мА], (4.19)

где / в м.\. При повышении температуры до -Ь100°С 1 уменьшается в 2...3 раза, а при снижении температуры до -60°С Y+ увеличивается в 1,5 раза, что соответствует изменению подвижности и времени жизни инжектированных носителей в кремнии с температурой.

Предельная рабочая частота зависит от длины базы Tvno- КД301 мм) она около 1 кГц, а

У КДЗОЗ, КД304 (W0,5 мм) повышается до 5...10кГц.

работе [21] исследовано влияние нейтронного об- >чения на свойства магнитодиодов КД301 и КДЗОЗ.

Прямое падение напряжения (при /=3 мА) увеличм вается с ростом интенсивности облучения Ф цракти ски по линейному закону

V=V{\+K0}, (4;S

где /С=(3-5)-Ю'г см/нейтр. для Ф<3-10 нейтр./см1 При больших Ф также справедлива линейная аппрокси мация, но ТС в 2 раза меньше. Такое изменение ВАХ определяется уменьшением L вследствие увеличения концентрации дефектов в базе. Вольтовая магниточув- ствительность изменяется значительно меньше. Отжиг в' течение 1 ч при 7 = 250°С практически восстанавливаете пря.мую ВАХ облученных образцов. Вольтовая чувстви- тельность уменьшается до 25...407о от значения до об-; Л}чення.

Кремниевые .магнитодиоды чувствительнее, чем германиевые, и (работоспособны до больших температур. И\ недостатком является высокое минимальное рабочее напряжение (4... 5 В, см. табл. 4.1), что ограничивает применение в низковольтных устройствах. Од11ако оно: вполне может быть снижено лменьшеиие.м л чпны базы и оптимизацией конструкции. Следует отметить, что в промышленн11х магннтоднодах использованы далеко не все способы повышения магниточувствительности. Ha-j пример, !ie ш^пюлняется основное требование достнже-! ния максимальной чувствительности Г1лапар11ых магнитодиодов, заключаюшееся в том, что скорость реком-, б1шации на поверхности со сторонря контактов должна быть мннн.\!альна, а с противоположной - .максимальна (4.2). Тем не менее в настоящее время кремниевые маг-ННТ0ДИ0Д1Л являются наиболее простыми, малогаба)рит: ными и надежиы.ми двухполюсными магниточувстви- тел1,нь!ми приборами, серийно выпускаемы.мн нашей промышленностью. Поэтому в ближайшие годы следует| ожидать значительного расширения нх применения # приборостроении, что, в свою очередь, должно стимулировать дальнейшие разработки магнитодиодов с улучшенными характеристика.ми.

4.5. S-МАГНИТОДИОДЫ

К этому классу относятся магнитодиоды с ВАХ S типа [7, 22]. Рассмотрим, при каких условиях на ВА) диода с длинной базой может появиться участок с от

юицательным дифференциальным сопротивлением (далее ОС). Электропроводность базы диода

°б=о|1+( / )], (4.21)

где / п-постоянная, определяемая электрофизическими параметрами исходного полупроводника, геометрическими размерами структуры и свойствами омического контакта. Формулу (4,21), например, легко получить из (4.8), используя разложение в ряд функций 1п(1-Ьл:) и 1/(1-X) при K=Lp, I < Af . Дифференциальное со-дротивлеине диода при прямом включении Гсм (4 1)~ (4.4) и (4.21)]

скГ

oll+( W

. (4.22)

Теоретические оценки показывают, что если iVi- ~i>n илн коэффициент инжекцни /?-л-перехода не зависят от тока, то всегда /,<-\, т. с. проводимость базы растет с хвелнчеиием тока не более чем линейно и отрицательное сонротив.теиие не возникает. Для образования участка ОС иа ВАХ диода необхо.чнм сверхлннейный рост проводимости базы с увеличение.м тока (х>1). Это возможно, если одновременно с увеличением инжекцин растут параметры, оп1ределяю!цие распределение инжек-тирова1П1Ых носителей в базе (t, т), или увеличивается коэффициент инжекцин р- -перехода.

Физический механизм возникновения ОС заключается в перераспределении внешнего напряжения между р-л-переходо.м и базой диода. С увеличением тока через диод растет инжекция носителей заряда в базу и уменьшается ее сопротивление. Внешнее напряжение, приложенное к Д1юду, перераспределяется, а именно, часть напряжения, падающая на базе, уменьшается, а часть, падающая на р- -переходе, увеличивается. Увеличение напряжения на р- -переходе приводит к увеличению концентрации инжектированных носителей в базе диода, а это - к дальнейшему уменьшению сопротивления базы, перераспределению напряжения и т. д. В этом н заключается положительная обратная связь по току, необходимая для появления ОС. Однако сопротивление р- -перехода с росто.м тока уменьшается, поэтому такой процесс возможен только в том случае, если сопротивление базы сильнее уменьшается с ростом тока, чем сопротивление р- -перехода. Для этого, как