Главная  Гальваномагнитные приборы 

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

Если значение емкости такого, что амплитуда колебаний VL меньше максимальной, то Vk 35- Следовательно, рост ВС в1 магнитном поле приводит к увеличению амплитуды гармонических] колебаний. К аналогичному росту Vv. может приводить и увеличение наклона ВАХ на участке ОС [рост (5.4)].



0,8 BJ

Piic. 5.7. Завнснмость а.мплитуды колебаний в генераторе на ОПТ

от магнитной индукции: Й--ДЛЯ различны.х /бб, С=0,01 мкФ; б -для разлпчныч С, i

/оо=2 мА

Па рпс. 5.7 приведены примеры экспериментальных зависимо-1 cieii амплитуды гармонических колебаний от индукции магнитного пиля, увелнчнваюгцего 5? и /д. ИспоЛ1>зовался ОПТ стержневой! сгруктуры 113 германия с р^40 Ом-см, размерами 1X1X5 мм, Г = /,=2 мм. Значение максимальной магниточувствительности,

определенной из этих зависимостей, около 10 В/.\-Т. При увели-! ченин емкости колебания становятся релаксацноинымн, следователь-] ио. амплитуда опре,1еляется толшчо длиной участка отрицательного! сопротивления н магниточувствительность уменьшается.

6. Биполярные магнитотранзисторы

6.1. ИЗМЕНЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ПЕРЕДАЧИ В МАГНИТНОМ ПОЛЕ

Рассмотрим влияние магнитного поля на характеристики бнпс ляриого транзистора. На рис. 6.1 показана структура обычного Ы\ полярного р-п-р-транзнстора с тонкой базой (W<Cip). Непре рывнон линией указаны траектории движения инжектированных дырок прн отсутствии магнитного поля. Включение поперечной магнитного поля приводит к искривлению траекторий движения иН жектнрованных эмиттером носителей заряда (штриховые линии| Так как обычно /к-э>0,1 мм, а Fo=10...30 мкм, то при маль напряженностях магнитного поля практически все прошедшие чер

базу дырки попадают в коллектор. Таким образом, можно, как. обычно, считать, что в этом случае магнитное поле првводит лишь-к уменьшению эффективной подвижности носителей заряда в направлении от эмиттера к коллектору. Более наглядно представить, что магнитное поле увеличивает эффективную толщину базы



э

К

.-г

г

I;ic. tl.l. Структура обычного транзистора (а), транзистора с \ве-.;.1ЧС1}1011 толнипюй базы (о) и нланарного магннтотранзнстора (s) с областью высокой скгрости рекомбинации

\\. а^ подвижность прн этом не меняется. Тогда можно пользоваться осицепзвестиымн формулами для биполярного транзистора, подстав. !яя вместо геометрической толщины базы ее эффективное зна-чен1!с. Как видно из рнс. 6.1,

\F=Vr ;cos? (6.1)

где (f -угол Холла. Подставив значение косинуса нз (1.11), получим

Vl/=. U7o(l - 0,5;х2.В2). (6.2)

Используя (6.2), для коэффициента передачи по току в схеме с общей базой для р-/г-р-транзистора, получим

р I I -

2 I Lp

(1+52).

(6.3)

Подставив Z.2 = Dp-.p = \>.pXpkTlq, получим

16 = /?2,60-0,o,.pB2U2/rtp. где /?2,60 = 2,6s = 0. (6.4)

Так как 4 = hxf,!, то при постоянных /э и \\ изменение магнитной индукции приводит к изменению /к. Поскольку биполярный транзистор является прибором, управляемым током, то для



оценки магииточувствительиых свойств необходимо использова токовую магниточувствительность (4.16). В схеме с общей базой

В схеме с общим эмиттером коэффициент передачи по току

213 =

1 --216 Подставляя (6.2), получаем

1 -h

(6.5) (6.6)!

j (1 - 0.5,х252)= /;2 о - 2vv5 (6.7)

считая HpSV4<l. Так как=/?2i36 то

kT-z

(6.8)

На основе формул (6..5) и (6.8) мол<но сделать следующие мы- во ид. Поскольку нодвпжиость электронов всегда больню иодвиж-1 ности дырок, то магинточувствите.чьиость п-р-/г-трапзпсторон вы- шс, чем р-п-р-трли.икторов. В настоящее время тран )Нетор1>1 из-j гот звливаютея то.гько ш германия и кремния. Подвижность носите-лет! заряда в герматш выше, чем в кремнии, следовательно, гер-j маниевые т|)ап.1Нсторы oo-iec магптггочуиствнте.шиы, .Магииточув- ствптельноеть в схеме с общим эмиттером значительно выиге, чем] в с\еме с обн1ей Спшп\, так как

(6.9)

Рассмотрим влияипе тол!ци1ы базы на мапшточувствительиость транчисторов. Для этого можно, например, использовать ту же конструкцию трантистора, но с увеличенной толщиной базы Wo (l)iic 6.1). За счет диффузии ноток инжектированных носителей на п\ти к коллектору расширяется. Геометрические размеры эмиттера и' коллектора выбираются из условия, что величина расширения равна разнице размеров коллектора и эмиттера и все носители попадают в кол.1ектор

/, = /, + 2W-o- (6.10)1

Магнитное поле искривляет траектории движения инлсектироваиныХ носителей так, что часть носителей, ранее попадавшая в коллектор/ отклоняется от него. Следовательно, эффективную площадь коллектора н

/к = Л2,б/э(4 - Как видно нз рис. 6.1,6

[подставлено значение тангенса из (1.7)]. Тогда .52

магнитное поле уменьшает| (6.11)

(6.12

(6.i:

Таким образом, можно считать, что в рассмотренной структуре транзистора магнитное поле приводит к дополнительному уменьшению коэффициента передачи по току за счет отклонения инжектированных носителей от коллектора. Этот эффект увеличивается с уменьшением /к и /э [при сохранении соотношения (6.10)]. Из (6.13) и (6.4), пренебрегая членом ц^В', получаем

- \>-рВ-

2,60

2ft Гт,

(6.14)

Подставив (6.14) в (6.6), определим

2\э

1 - £

\-.рВ

21 э

,(6.15)

где Л21Э определяется из (6.7). При Н.,1>.рВ\Х\,;1у, < 1 (6.15) можно записать в виде

213 = 51.

1 - h.u.R

. (6.16)

Из прнве,1ещп,1\ формул видно, что изменегше ггбэ магнит-![ом поле в CTpyKiype, показанной на рис. 6,1,6, больше, чем в ст1уктуре на рнс. 6,1,а. Для того чтобы отклоняемые .магнптиьгм полем в базу носители заряда не накапливались в пей, необходимо, чтооы скорость их рекомбинации на поверхности вбли.и! коллектора была высокой.

Наибольшая магниточувствительность может быть получена в c.\e\ie с обнгим э.миттером и отключенной базой. Это связано с те\!. что !1ри нодключешюй базе в ней имеется электричеегюе поле, иа-нрав.тенное от эмиттера к базовому контакту (вследствие протекания базового тока). Это 1юле выносит часть инжектированных tuj-ситстей из активного объема базы (особенно при больших Wo), и уменьшается коэффициент передачи, а соответственно и магниточувствительность. В схеме с отключенной базой электрическое поле в оазе направлено от эмитгера к коллектору, и этот эффект отсутствует. Ток через транзистор при отключенной базе

/ = /к6о/(1-Л2,б).

(6.17)

Подставив в (6.17) значение /12,5 из (6.14), получим зависимость тока от магнитной индукции. Для малых В она определяется как

/~/кбо[1+Л2,бо(1 -6Wv4)]. (6.18)

j-ie /кбо - обратный ток коллекторного р-л-перехода прн отключенном эмиттере. г г ,



!,мнА

80 -


С. >

ся. при Wo, большем оптр мального, поток инжектирс ванных носителей шире ко; лектора. Поэтому влияни магнитного поля приводи лишь к тому, что коллектс ром выхватываются раз личные части этого потока т. е. эффективная площах ко.ыектора не меняется.

Рпс. 6.2. R.iibiiino индукции ма1 iiHTHdin п().1;1 на ток транзистор!

вк.-;к)чспиого по схеме с отключен Hoii базой при К=2,5 В

На рис. 6.2 приведены зависимости /к (-В) для Tpaij зисторов из л-германия с р=10 Ом-см, /, = 0,7 мм, = 0,8 мм. Как отмечалось выше, эффект отклонения магнитном поле инжектированных носителей от кс лектора в базу тем значительнее влияет иа магниточу! ствительность, чем меньше /к- Этот вывод был провере на партии тех же транзисторов, но с различным диам ром коллектора. При этом всегда выполнялось условй (6.10) за счет аналогичного изменення диаметра эмр тера.

Как видно из рис. 6.3, магниточувствительность ра тет с уменьшением диаметра коллектора. Это объя няется тем, что носители, движупщеся от эмиттера коллектору, в ценпральной части базы не могут вы?

за пределы коллектора, а следовательно, мал их вклад в магниточувствительность. Уменьшение размеров эмиттера и коллектора увеличивает относительный вклад тока по краям коллектора в общий ток, соответственно растет и магниточувствительность.

Для увеличения пропускаемого через транзистор тока можно хвеличивать размеры эмиттера и коллектора в направлении, параллельном направлению магнитного поля (рис. 6.1).

Рис. 6.3. Зависимость магниточув-сгн.гельностн транзисторов от аиа-метра коллектора в схеме с отключенной базой

ЛГ/Гд, х/о,-?г 9


L.fifi

Из изложенного можно сформулировать следующие \с.1овия, необходимые для достижения максимальной .ма: ииточувствите.тьности. .Магнитное ноле должно быть направлено иернендикулярпо движению инжектированных носителем ! заряда от эмиттера к коллектору; необ-xo.uiMO максн.ма.тьно уменьшать размеры коллектора и з.миттера в направлении, перпендикулярном направлению .магнитного поля и движению инжектированных иос1[телен (рис. 6.1); размеры эмиттера, коллектора и балл должнь! \довлетворят1> соотношению (6.10); магниточувствительность максимальна в схеме с общим э.мигтером и отключенной базой.

Что касается выбора оптнмал1)Ного материала для создания магнитотранзисторов, то здесь однозначного ответа нет. Вследствие большей подвижности носителей заряда германиевые транзисторы более магниточувст-вительны, чем кремниевые, однако кремниевые транзисторы более термостабильиы при температурах выше 0 С (особенно в схеме с отключенной базой). Высокой магниточувствительностью обладают также транзисторы из антимонида индия, но они работоспособны только при температурах около 77 К.

Следует отметить, что в кремниевых транзисторах кбо во много раз меньше, чем в германиевых. Поэтому для того, чтобы в схеме с отключенной базой через транзистор протекал достаточный ток, в коллектор не-ооходимо вводить шунтирующие р- -переход каналы.

Влияние поперечного магнитного поля на коэффи циент передачи тока германиевых сплавных -лранзист ров исследовалось в работе [40]. В соответствии с и| ложенным выше магниточувствительность оказал ас максимальной в схеме с общим эмиттером и отключен ной базой при выполнении соотношения (6.10) мeж^ размерами электродов транзистора. Если Wo мены оптимального значения, то ширина потока инжектирс ванных носителей меньше ширины коллектора и маг нитное поле приводит лишь к перерасщределению носи телей в пределах коллектора, т. е. эффективная плс

щадь коллектора не меняе




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