Магниторезистивные эффекты в полупроводниках

В настоящее время для создания магниторезисторов используют материалы, проявляющие так называемый гигантский магниторезистивный эффект, открытый Бэйбичем в 1988 году. Суть его заключается в зависимости степени рассеяния электронов от напряженности магнитного поля в очень тонких слоистых структурах.

Изготавливают такие структуры из периодических слоев Fe-Cr, Cu-Co толщиной около 10 атомов (1 нм). Изменение сопротивления в таких устройствах достигает 15%, а диапазон рабочих частот простирается от постоянного тока до МГц.

Магиторезистивный эффект используется в устройствах считывания информации с магнитных носителей, для анализа магнитных свойств, структуры, состава веществ и т.п.

На основе полупроводниковых материалов создают также магнитодиоды, магнитотранзисторы представляющие собой длинные тонкие p-n-структуры.

Рисунок 3.15 Устройство и принцип работы магнитотранзистора

 

Носители зарядов в таких устройствах дрейфуют в электрическом поле вдоль горизонтальной оси. Присутствие магнитного поля (В), ортогонального (Е), приводит к собиранию носителей заряда на верхней или нижней поверхности в зависимости от направления магнитной индукции.

Этот эффект, открытый Зулем в 1949 году и называемый магнитоконцентрацией (комбинация эффекта Холла и магниторезистивного эффекта), приводит к образованию градиента концентрации носителей поперек пластины. Темп рекомбинации на двух сторонах пластины различен, что достигается полировкой одной стороны и грубым шлифованием другой. Общий эффект заключается в достижении диодной вольтамперной характеристики, модифицированной магнитным полем.

Эффект не является линейным и чувствителен к изменению температуры. В устройствах, изготовленных по технологии КМОП, достигнута чувствительность в 25 В/мА∙Тл при токе смещения 5 мА.

Рисунок 3.16 Устройство и принцип работы дифференциального магнитотранзистора

 

В магнитотранзисторах с физической структурой, созданной таким образом, коллекторный ток чувствителен к приложенному магнитному полю. Первоначально устройство представляло собой горизонтальную структуру с двумя электродами и дрейфовым сбором заряда. Структура является p-n-p транзистором.  

Основным процессом здесь является отклонение носителей заряда. В базе протекает ток между двумя контактами, напоминающими преобразователь Холла. Образующееся холловское поле отклоняет носители тока так, что через два коллектора протекает разный ток. Разница в коллекторных токах ( ) определяется выражением:

,

где:  - геометрический фактор,  - подвижность носителей заряда, - ток эмиттера.

Разработаны разнообразные варианты конструктивного исполнения магнитотранзисторов. В некоторых устройствах ток течет вертикально к поверхности, при этом измеряется магнитное поле в плоскости структуры. Для изготовления таких преобразователей используют также и КМОП-технологию (магнитные полевые МОП-транзисторы).

Несмотря на более высокую чувствительность, магнитотранзисторы не конкурентноспособны по сравнению с недорогими и простыми датчиками Холла. Они характеризуются более высоким уровнем шумов, нелинейностью, температурной зависимостью и большим значением тока разбаланса, определяемого производственными неточностями изготовления.  

 

⇐ Предыдущая24252627282930313233Следующая ⇒

Поделиться: