Главная  Гальваномагнитные приборы 

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

жения на нижней части базы (длиной li) и на р-п-пе-реходе

У,= УбМ-}-1,), l/p, =l/,-l/,. (5.1). (5.2)

При увеличении в интервале 0<С э<С р,п <0 и через р-л-переход протекает малый обратный ток / ас-При Уз = У1 напряжение на р- -переходе равно нулю, однако это состояние равновесия является неустойчивым. Вследствие различных флуктуации, например тепловых, сопротивление нижней части базы может оказаться немного меньше своего стационарного значения. Напряжение Vi при этом также у.меньшится, что приведет к тому, что Уз станет больше V], эмиттерный переход окажется включенным в прямом иаправ.1снии и будет инжектировать в базу дырки.

Под действием электрического ноля в базе, создаваемого напряжением Vse- инжектированные дырки уносятся в нижнюю часть базы, вследствие чего ее сопротивление еще бсхчьик- уменьшается. Уменьшение сопротивления нижней части базь приводит к дальшчь Н!ему уменьшению напряжения V] и увеличению Vp , н результате чего ннжекиня носи i е.чей н гок через р-п-иереход про.то.тжают расти. Такой самоускоряюишйся процесс приводит к ла;!И11ному нарастанию тока через р- -переход и уменынеиию падения напряжения на последовательно вк.чючеиньгч сопротивлениях р- -перехода и нижней части ба.зь! (на1рузочиый резистор во в.чодной цепи должен бып, больше входного сопротивления ОПТ). Таким образом, входная характеристика ОПТ (рис. 5.1.6) относится к S-типу. Не существенным отличием от ана.югичнььх характеристик других приборов, например S-днода (рис. 4.8), является то, что включение эмиттера происходит при практически пулевых токах эмиттера.

При отключенном Убб входная В.\.Ч определяется теми же соотношениями, что и в диоде с длинной базой. При включенном Убб межбазовын ток /ее в нижней части базы суммируется с эмнттерным током, а

1/, Vp, п'гУ,= Vp.n 1 - (/э + /об) =

- Vp. я г ih + /бб)/ о 11 -г {1э:1п)Я (5.3)

где R\ - сопротивление нижней части базы длиной 1\, определяемое так же, как для диода (4.21). Дифференциальное сопротивление эмиттерной цепи

(5.4)

?(/, + /нас)

1 + [1-х(/, + /бб) э] (hlKY

Для получения отрицательного сопротивления необходимо выполнение условия

х(/э + /бб) э>1. (5.5)

которое достигается увеличением /о,-,. Следовательно, в от.тичне от 5-диода условие сверхлинейного роста проводимости базы с увеличением тока для ОПТ не требуется и для его изготовления может быть использован любой полупроводник с большим значением L, например германий или крем1шй.

Точка включения (V) не обязательно может быть расиолол-сена на оси I/, при /, =0 [7]. Например, в торманиевых ОПТ нз материала с проводимостью, б.шз-кой к собственной, прн обратном напряжении на эмит-гере происход1гг экстракция носителей из базы, почюмх- е сопротив,leiine уве.чнчивг а точка включения эмиттера смещается в об.тасть отрицательных токов (рнс, 5.2). li ; .ремннев1)1Х ОПТ в эмнт-чриом токе велика состав-,1Я;ощая, обуслов.менная ре-кимбииаи,ие 1!0СИ1Ч'Лей воб-.асти t)6T,e\inor(j заряда ;J-- -перехода и uv связанная с иижекцией носителей 3 oa.iv. Поэтому при малых ()ках эмиттера мод\ляния сопротивления базы ОПТ невелика и точка включения смещается в область положительных /э (рис. 5.3).

Так как эмиттер с модулируемой частью базы подобен длинному диоду, то поперечное магнитное поле также будет приводить к отклонению инжектированных носителей к стенкам базы h, уменьшению Lp и глубины модуляции сопротивления R. При работе в режиме постоянного V66(/?6C Ri> рнс. 5.1) напряжение включения

\в новьннаются

Рис. 5.2. Влияние магнитной индукции на ВАХ германиевого ОПТ



опт определяется его геометрическими размерами^ (5.1) и не зависит от напряженности магнитного поля.; Остаточное напряжение увеличивается так же, как и yj магнитодиода.

В режиме постоянного /eeCei) Ув = he Ящ {R\o = plilS - исходное сопротивление нижней части базы при отсутствии инжекции из эмиттера) и с ростом напряженности магнитного поля увеличивается вследствие уменьшения подвижности основных носителей заряда и роста R]o. Значительно сильнее в поперечном


Рис. 5.3. ВА\ кремниевого ОПТ в магиитном поле наираплс-.

ния - в

магнитном поле увеличивается остаточное напряжение,! так как его рост обусловлен увеличением R\ за счет одновременного уменьшения подвижности и L,. При />/о влияние магнитного поля на входную В.А.Х такое! же, как и в магнитодноде. На рис. 5.2 приведены ВАХ ОПТ из -германия с р = 40 Ом-см, /, = /2 = 2 мм,] 1Лр>1 [36].

Рассмотренная выше структура ОПТ (рпс. 5.1) на- зывается стержневой. Она может изготовляться как ме- тодом вплавления контактов в стдржепь полупровод ника, так и планарным методом. В настоящее врем$

промышленные ОПТ изготавливаются только из кремния, поскольку приборы из германия работают в меньшем диапазоне температур, а у других материалов L, недостаточна для работы ОПТ. На рис. 5.3 показаны В.\Х в магнитном поле промышленного ОПТ типа КТ117 кубической структуры из -кремния с р = = 200 Ом-см. Магниточувствительность (2.9) на участке отрицательного сопротивления (например, при /, = = 4 мА) достигает 5-10з В/АТ, т. е. почти равна магниточувствительности промышленных кремниевых магнитодиодов, хотя указанные ОПТ разрабатывались для других целей. Сопротивление модулируемой части базы кубических ОПТ, а соответственно и напряжение включения определяются сопротивлением растекания базового контакта 61

.o=f>M. (5.6)

где d - диаметр контакта. При отсутствии магнитного 110.1Я часть В.Л.Х с отрицательным сопротивлением со-сгоит из Tipex участков: а, Ь, с, средний из которых b имеет наи.меиьшсе отрицательное ,1нффереццнальное соиротивлеине. Подобная ВАХ наблюдается и у ОПТ ii.iaHapnOH структуры [37].

В магиитном поле д.тииа участка b растет (в направлении оси тока), а дифференциальное сопротивление на нем приближается к нулю. Такой вид В.\Х может быть связан с тем, что на участках а, b происходит в основном модуляция инжектированными носителями сопротивления объема базы, а на участке с - сопротив-.1ения при контактной области 61. В этом случае умепь-1псиие дифференцна.тьного сопротивления на участке b связано с уменьшением L в электрическом поле базы, которое уменьшается вследствие уменьшения Ri (а также V\) при инжекции. С ростом индукции магннт-И010 поля меньше носителей доходит до контакта 61, поэтому модуляция его сопротивления начинается при больших токах и участок с смещается вверх.

По аналогии с магнитодиодом увеличить зависимость Lp от В, а следовательно, и К от 5 можно созданием в нижней части базы области с высокой скоростью рекомбинации. По тем же причинам (§ 4.2) ее целесообразно располагать на противоположной от эмиттера стороне базы. Технологически проще эту область создавать на всей поверхности (рис. 5.4,а). В



кремниевых планарных ОПТ такой конструкции (база р-типа, р=10...20 кОм-см, /i = l мм, 2 = 0,7 мм, контаю-1 ты 0,5-0,5 мм) магниточувствительность достигает noj VolO* В/АТ и по Vs5-W В/АТ (см. рис. 5.5) [37].


Рпс. 5.4. Структура ОПТ с Рис. 5.5. Завнси.мость напряжения областью высокой рекомбпиа- включения и остаточио! о папряже- ;

НИИ ния кремниевого планариого ОПТ|

от .магиитпой индукции: У|..=0,Г, мЛ, /3 = 2 мА

Еслн необходимо, чтобы основным зависящим от индукции .магнитного поля параметром было напряжение включения ОПТ, применяется структура, приведенная

рис. 5.4,6. В качестве верхнего контакта к базе используется р-л-переход, включенный в прямом на-правлснпи. Инжектируемые этим р-/г-нереходом носители уменьшают исхо,тное сонротивленне нижней частп базы и соответственно напряжение включения. Если под .действием поперечного магнитного поля поток инжектированных верхним контактом 62 носнтелен отклоняется в сторону области с высокой скоростью рекомбинации, то концентрация носителей в нижней части базы уменьшается, а ее сопротивление Я\о и напряжение включения увеличиваются (в режиме постоянного /55). При обратно.м направлении магнитного ноля напряжение включения у.меиьшается.

5.2. ДЕЙСТВИЕ .МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА АМПЛИТУДУ И ЧАСТОТУ ГЕНЕРАТОРА НА ОПТ

В качестве .магнитоприбора .может быть использован генератор на ОПТ. Наиболее широко в настоящее время ОПТ применяются генераторах релаксационных колебаний (рис. 5.6). В кремниевых ОПТ точка включения на ВАХ расположена при положительных токах эмиттера (рис. 5.3), поэтому для вывода рабочей точки иа

участок с отрицательным сопротивлением через эмиттер пропускается прямой ток (через сопротивление r3). Форма колебаний напряжения на эмиттере пилообразная. На нарастающем участке пилы конденсатор заряжается через r3 (эмиттер обратно смещен), а на падающем участке разряжается через эмиттер и сопротивлеине модулируемой части базы R (эмиттер прямо смещен). При достаточ)ю большой емкости конденсатора время заряда много oo.h.hie времени разряда и период колебаний определяется временем таряда 3

rt, = R,C\nUE-V,)l{E-V,)].

.\Лаксималь}1ая амплитуда колебаний напряжения на эмиттере

(5.7)

(5.8)

Как следует из (5.7) и (5.8), изменение Vb и Vq в магнитном поле п])нвидит к изменению амплитуды и частоты колебаний. При это.м 1! зависимости от С, и используемого

ОПТ нпз.можиы различные занисимости V-k 9 +

л / от В. Например, при использованщ! ОГП тнпа КТ117 Vo и V почти одинаково растут в .магнитном поле. иоэто:>1\ (пои больншх С) Т и \\; слабо изменяются в магнитном 1Т0ЛС, Умеиьищв С, можно сни-нт. разрядный ток до 4 м.\ (рис. 5.3), К11гд; напряженно, до которого разряжается кпндопсатор, резко \всличивается и мл1-luniimi иоле. В соответствии с (5.7) частота KoK6:iHHii 0\.1ет расти в магнитном ноле. С другой стороны, емкость можно \ мс1и.:ит1, uaitoaiiko, чт нремя :!аряда ip ст:1ист .paпии^n.lм с нремснем заряда конде11са,т(>),т, В .магнитном ттле tp увел>1-чнпасгся (m.ia увсдичеиня /?i), что прн-во.дш к уме;1ыпеи!!10 частоты колебаний.

.\\ai инточувстпнтс.1Ы1(1Сть нрп работе ОПТ в режиме релакса-цнониого генератора пе выше, чем три работе на постоянном токе, поэтому тпкот! режим целесообразен лищь в том случае, если с датчика исобхо.шмо нод\ччть переменный сигнал.

магииточупстпьтс.гьность может быть получена при

Рнс. 5.6, Схема генератора релаксационных колебаищт на ОПТ

Высокая работе ОПТ

режиме генсра1И1п гармонических колебаний. Наибо-

лее просто такой режн.м осуществляется в германиевом ОПТ [38], так как рабочая точка на его ВАХ уже ггаходится на участке ОС прн /э=0. Для создания генератора к ОПТ достаточно подключить конденсатор (рис. 5.71. Его емкость должна быть невелика, Чтоб!,! ири заряде и разряде конденсатора значение тока не выхо-дило за пределы участка с ОС. Тогда период колебаний 7 5?б', где 26 - внутренняя индуктивность ОПТ [39].

Если поперечное магнитное поле направлено так, что отклоняет нкжектироваиные иоснтелн от стенкп базы, на которой расположен эмиттер, то длина пути инжектированных носителей увеличивается, а это эквивалентно увеличению эффективной длины базы. Одновре-мепно увеличивается эффективное время жизни за счет уменьшения рекомбииации иа поверхности. Обе эти причины приводят к росту

4-П43 49



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