Полупроводниковый магниточувствительный прибор

 

О П И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

::Социалистических

Республик

:i>782640 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 11.06.79 (21) 2778691, 18-25 (51) М.Кл. Н 01 L 29/82 с присоединением заявки—

Тасударстееииый комитет (23I Лриоритет— (43) Опубликовано 23.01.82. Бюллетень № 3 по делам изобретений и открытий (53) УДК 621.382 (088.8) f (45) Дата опубликования описания 30.01.82 (72) Авторы изобретения

П, В, Богун, И. В. Карпова, Б. В. Корнилов и В, В. Привезенцев

Институт радиотехники и электроники AH СССР (71) Заявитель (54) ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ

МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ПРИБОР

Изобретение относится к технике измерения магнитных величин и может быть использовано при создании различных устройств, изменяющих свою работу цод действием магнитного поля.

В настоящее время в качестве чувствительных элементов различных техныческих устройств, реагирующих на внешнее магнитное поле, получили широкое рас.пространение полупроводниковые датчики на основе эффекта Холла — датчики Холла и на основе эффекта Гаусса — магниторезисторы. Общим;для первых является то, что на боковых гранях образца, представляющего .собой прямоугольный параллелепипед, по которому протекает постоянный ток, при наличии внешнего магнитного поля возникает поперечная разнооть потенциалов, Особенностью датчиков второго типа является то, что под действием магнитного поля изменяется их сопротив.ление, а это приводит к изменению напряжения на нем. Таким образом, и датчики Холла и магниторезисторы преобразуют величину магнитного поля в постоянный электрический сигнал (1).

На практике часто необходимо кроме величины магнитного поля знать и его на.правление. Датчик Холла или магниторезистор не дают возможности определить его.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является полупровод5 никовое устройство, в основу действия которого положены особенности взаимодействия неустойчивости тока типа быстрых рекомбинационных волн в германии, легированном сурьмой и марганцем при

l0 следующем соотношении между ними

1 1мп(Изь(2Им где и Км„п N I, — концентрации марганца и сурьмы, с внешним магнитным полем (2). Это устройство представляет собой пластину полупроводника

15 с двумя различными контактами. Оно имеет пороговую характеристику к магнитному полю и потому не может быть использова но для измереняя величины магнитного поля. Выходным сигналом этого уст-ройства является амплитуда переменного тока. Направленной чувствительностью оно не обладает.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей прибора, измерение величины магнитного поля.

Указанная цель достигается тем, что магниточувствительный прибор выполнен из полупроводника с двумя контактами, содержащего донорную примесь с концен/

?82640

3 трацией Й г и акцепторную примесь с концентрацией N A при соотношении между ниии Ng(N (2Np при этом контакты при бора выполнены, плоскими и располо1жены на двух параллелыных гранях, расстоянйе между двумя другими п роти1воположными" г1раяями, аерпендикуляр1ными " контактным графиням, не более расстояния между контактам|и в эти прани;имеют .различную шероховатость поверхности, Шероховатость одной из граней менее

1/1000 диффузионной длины дырок, а шероховатость противоположной грани более диффузионной длины дырок.

Прибор выполнен следующим образом.

В качестве полупроводника использован монокристалл кремния, содержащего цинк в концентрации Nz„— — 1 . 10 4 см -и и фосфор в концентрации Nð — — 1,5 10- 4 см

Размеры параллелепипеда составляют которые находятся на расстоянии 0,12 см, 0,12Х0,08х0,06 см. В казачестве контактов, использован алюминий, напыленный на торцы параллелепипеда. Для получения разной шероховатости одна грань параллелепипеда, перпендикулярная контактам и параллельная линии действия мангит- ного поля, шлифовалась абразивным порошком с размером зерна порядка 10 мкм, а другая, ей противоположная, подвергалась химико-механической полировке. Они находятся на расстоянии 0,06 см.

Прибор работает следующим образом.

В электрической цепи, состоящей из последовательно соединенных источника лостоянйого напряжейия величиной 5В, нагрузочното сопротивления с номиналом

10 МОм из предлагаемого прибора, возникают синусоидальные а втоколебавия тока. Прибор помещается в магии оное поле, так что пражски, .имеющие;различную шероховатость пове1рхности, параллельны линии действия магнитного по- . ля, а направление тока, проходящего через образец, перпендикулярно направлению" магнитного поля. При увеличении последнего происходит рост частоты автоко лебаний тока, т. е. величина магнитного поля преобразуется в частотно-модулированный электрический сигнал. При этом, если носители заряда отклоняются на грань с большей шероховатостью, т. е. шлифованную, то происходит более сильное увеличение частоты автоколебаний тока по сравнению с тем случаем, когда они отклоняются на грань с меньшей шероховатостью, т. е. полированную. По различию

5 Этих зависимостей, которое тем больше, чем сильнее разница в степени шероховатости этих поверхностей, определяется направление магнитного поля в пределах одной прямой.

Предлагаемое устройство обладает более широкими функциональными возможностями по сравнению с прототипом, пбскольку позволяет измерять величину магнитного поля, осуществлять преобразование величины магнитного поля в частотно-модулированный электрический сигнал и определять направление магнитного поля. Размеры устройства небольшие (менее

1 мм ), поэтому его легко микроминиатюризировать. Питание осуществляется от низковольтных источников напряжения до

10 В. Технология изготовления предлагаемого устройства несложна, она включает в себя, процессы (д иффузия, полировка,;напыление), хорошо освоенные отечествен-ной промышленностью.

Формула изобретения

Полупроводниковый магниточувствительный прибор, выполненный из полупроводника с двумя контактами, содержащего донорную примесь с концентрацией

35 Ng и акцепторную примесь с концентрацией NA при соотношении между ними

NA(N .< 2ь д, отлич а ю щий ся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей прибора, измерения величины магнитного поля, контакты выполнены плоскими и расположены на двух параллельных гранях, расстояние между двумя другими противоположными гранями, перпендикулярными контактным .граням, не

45 более расстояния между контактами и эти грани имеют различную шероховатость поверхности.

t

2. Прибор по пп. 1, отли ч а ющи й50 ся тем, что шероховатость одной из гра1 ней менее 1 диффузионной длины ды0 рок, а шероховатость противоположной грани более диффузионной длины дырок.

Составитель О. Федюкина

Тйп. Харьк фил. пред. «Патейт»

Редактор И. Марголис Техред Л. Куклина К орректор С. Файн

Заказ 29/37 Изд. № 103 Тираж 757 Подписное.

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по де а 5 по делам изо ретений и отк ытий

11303о, УЬо"ква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5