Датчик магнитного поля

Изобретение относится к области первичных преобразователей магнитного поля и может быть использовано в сенсорной аппаратуре, используемой в автоэлектронике, автоматике и робототехнике, измерительной технике, системах навигации и ориентации, безопасности, экологического мониторинга. Техническим результатом, полученным при решении этой задачи, является повышение чувствительности датчиков магнитного поля на основе двухстокового полевого транзистора. Поставленная задача достигается в конструкции магнитного датчика, сформированного на основе полупроводника (например, Si) и содержащего области истока, канала, двух стоков, подзатворный диэлектрик на поверхности полупроводника над каналом и затвор, расположенный на поверхности подзатворного диэлектрика, новизна которой заключается в том, что датчик дополнительно содержит еще один затвор, причем оба затвора расположены на подзатворном диэлектрике друг за другом. 2 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к области первичных преобразователей магнитного поля и может быть использовано в сенсорной аппаратуре, используемой в автоэлектронике, автоматике и робототехнике, измерительной техники, системах навигации и ориентации, безопасности, экологического мониторинга.

Известен двухзатворный полевой транзистор на основе полупроводника (например, Si), содержащий области стока, канала, истока, подзатворный диэлектрик на поверхности канала и два не соприкасающихся затвора, расположенных друг за другом на подзатворном диэлектрике (J.P.Colinge Silicon-On-Insulator Technology: Materials to VLSI, Kluwer Acad. Publ., 1997, p.200).

Однако такой транзистор не обладает чувствительностью к магнитному полю, что не позволяет использовать его в качестве датчика магнитного поля.

Известен датчик магнитного поля типа полевого датчика Холла, содержащий области истока, канала, стока, сформированные в слое кремния структуры «кремний на изоляторе», подзатворный диэлектрик на поверхности канала, затвор на поверхности подзатворного диэлектрика, скрытый в кремниевой подложке диэлектрический слой, расположенный под каналом, причем подложка выполняет роль второго затвора (Мордкович В.Н. и др. Полевой датчик Холла - новый тип преобразователя магнитного поля. Датчики и системы, 2003, №7, с.33-37).

Такой датчик обладает чувствительностью к слабым магнитным полям, но его недостатком является высокая стоимость, обусловленная высокой стоимостью структур «кремний на изоляторе».

Известен принятый за прототип датчик магнитного поля на основе двухстокового полевого транзистора (R.S.Popovic Hall Effect Devices IoP, Publishing Ltd, 2004., p.357), сформированный на основе полупроводника (например, Si) и содержащий области истока, канала, двух стоков, подзатворный диэлектрик на поверхности полупроводника над каналом и затвор, расположенный на поверхности подзатворного диэлектрика.

Однако такой датчик магнитного поля не обладает достаточной чувствительностью к слабым магнитным полям.

Предлагаемое изобретение решает задачу создания дешевых высокочувствительных датчиков магнитного поля.

Техническим результатом, полученным при решении этой задачи, является повышение чувствительности датчиков магнитного поля на основе двухстокового полевого транзистора.

Поставленная задача достигается в конструкции магнитного датчика, сформированного на основе полупроводника (например, Si) и содержащего области истока, канала, двух стоков, подзатворный диэлектрик на поверхности полупроводника над каналом и затвор, расположенный на поверхности подзатворного диэлектрика, новизна которой заключается в том, что датчик дополнительно содержит еще один затвор, причем оба затвора расположены на подзатворном диэлектрике друг за другом.

Предлагаемая конструкция позволяет увеличить чувствительность к магнитному полю при существенно меньшей стоимости.

Изобретение поясняется далее более подробно с ссылками на прилагаемые чертежи.

На фиг.1 дано поперечное сечение предлагаемого магнитного датчика. На фиг.2 - вид сверху.

Магнитный датчик изготовлен на основе полупроводника 1 (например, Si) и содержит области истока 2, канала 3, стока 4, подзатворный диэлектрик 5 на поверхности канала 3 и два затвора 6 и 7, расположенных друг за другом на поверхности подзатворного диэлектрика 5 над каналом 3 (фиг.1). При этом область стока 4 состоит из двух частей равного размера (фиг.2).

Датчик работает следующим образом.

В отсутствие магнитного поля значения выходных токов каждой из областей стоков 4 равны друг другу. При воздействии магнитного поля, вследствие эффекта Холла, упомянутые токи не равны друг другу, причем их разность пропорциональна индукции магнитного поля. Измерения слабых магнитных полей возможно при модуляции тока канала 3 с помощью подачи переменного напряжения на оба затвора 6 и 7. Наибольший эффект достигается в случае, когда частота модуляции тока канала 3 одним из затворов 6 или 7 отлична от частоты модуляции другим затвором.

Нижеприведенная таблица подтверждает преимущества, но не ограничивает использование предлагаемой конструкции магнитного датчика.

Таблица
Включение затворов	Напряжение на затворах	Порог чувствительности (отн.ед.)
Затворы соединены друг с другом	Постоянное	1
Затворы включены автономно	Переменное, одинаковой частоты	2...5*
Затворы включены автономно	Переменное, разной частоты	10...30*
*в зависимости от значений частоты, напряжения питания и напряжения на затворах

Как видно из таблицы, использование предлагаемого датчика позволяет увеличить чувствительность к магнитному полю при существенно меньшей стоимости его изготовления.

Магнитный датчик, сформированный на основе полупроводника (например, кремния) и содержащий области истока, канала, двух стоков, подзатворный диэлектрик на поверхности полупроводника над каналом и затвор, расположенный на поверхности подзатворного диэлектрика, отличающийся тем, что он дополнительно содержит еще один затвор, причем оба затвора расположены на поверхности подзатворного диэлектрика друг за другом.