|
Магнитодиодный эффект. Параметры магнитодиодов.Из известных эффектов, возникающих при помещении полупроводника с неравновесной проводимостью в магнитное поле, большой практический интерес представляет магнитодиодный эффект, проявляющийся при инжекции носителей из p-п перехода при пропускании прямого тока в длинных диодах. При высоких уровнях инжекции прямую ветвь вольт-амперной характеристики (ВАХ) резкого несимметричного диода с омическим вторым контактом. Длину диффузионного смещения носителей, наряду с другими методами, можно изменять и воздействием магнитного поля. Поскольку при высоких уровнях инжекции концентрации электронов и дырок примерно одинаковы, то ЭДС Холла практически равна нулю. При этом инжектированные из р-n перехода носители будут двигаться под некоторым углом к направлению внешнего электрического поля. Этот угол называется углом Холла. Магнитное поле приводит к закручиванию движущихся электронов и дырок. Их подвижность уменьшается, следовательно, уменьшается и длина диффузионного смещения. Одновременно удлиняются линии тока, т.е. эффективная толщина базы. Магнитное поле влияет не только на подвижность и направление линий тока, но и на время жизни носителей. Магнитодиодный эффект может наблюдаться в любой полупроводниковой структуре, в которой создана положительная или отрицательная неравновесная проводимость. Следует отметить, что все эффекты, наблюдаемые в диодах с омическим контактом, могут быть воспроизведены также и в диодах с антизапирающим контактом. Только в этом случае необходимо учесть, что замена идеального омического контакта идеальным антизапирающим эквивалентна уменьшению эффективной толщины базы вдвое. Поэтому замена омического контакта на антизапирающий несущественно меняет свойства диодов с «длинной» базой. Параметры магнитодиодов: Магнитодиодом называется полупроводниковый преобразователь магнитного поля, принцип действия которого основан на манитодиодном эффекте. У магнитодиода ток в проводящем направлении сильно зависит от значения магнитной индукции воздействующего на него поперечного поля. Влияние магнитного поля на сопротивление в непроводящем направлении незначительно, и им можно пренебречь. Основными параметрами магнитодиодов, используемых в качестве преобразователей магнитного поля, являются: прямое напряжение UM - падение напряжения на магнитодиоде в проводящем направлении при пропускании через него номинального прямого тока 1м и отсутствии поперечного магнитного поля. Значение прямого напряжения предопределяет электрическую схему включения магнитодиода. В зависимости от значения UM магнитодиоды разбиваются на соответствующие группы; прямой (рабочий) ток IN1 - значение прямого (неизменного во времени) тока через магнитодиод, длительное протекание которого не вызывает недопустимого перегрева магнитодиода при нахождении его в среде неподвижного воздуха; максимально допустимый прямой импульсный ток 1мтах, определяемый из условий, что длительность импульса должна быть не более 6 мс, а средняя рассеиваемая мощность на магнитодиоде не превышает допустимую; максимально допустимый постоянный обратный ток 1мобр, равный значению обратного тока при приложении к магнигодиоду обратного напряжения в 100 В; максимально допустимая рассеиваемая мощность Ртах, определяемая из условий, что магнитодиод помещен в среду неподвижного воздуха при температуре 25 °С, а температура р-n перехода магнитодиода при этом не превышает допустимую. С ростом окружающей температуры до 85 °С Рщах уменьшается по линейному закону; магнитная чувствительность ут, определяемая как приращение падения напряжения в проводящем направлении при неизменном номинальном значении прямого тока на соответствующее приращение магнитного поля. При наличии магнитного поля уменьшение подвижности неравновесных носителей с увеличением температуры приводит к уменьшению действия магнитного поля на носители. Это означает ослабление зависимости эффективной длины диффузионного смещения неосновных носителей от магнитного поля. При этом ослабевает также и зависимость сопротивления базы от значения магнитного поля. При определенном значении магнитной индукции последнее обстоятельство становится более значимым, чем увеличение сопротивления базы, связанное с уменьшением подвижности носителей.
57.Конструкция и технология изготовления магнитодиодов. «Торцевые» и планарные магнитодиоды. Для разработки и изготовления магнитодиодов необходимы материалы с низкой концентрацией собственных носителей заряда, т.е. с большой шириной запрещенной зоны. Кроме того, желательно использовать полупроводники с высокой подвижностью носителей заряда, так как эффект магнитосопротивления пропорционален квадрату подвижности. Время жизни также должно быть достаточно большим, а концентрация ловушек и структурных несовершенств - малой. В настоящее время для магнитодиодов используется в основном кремний. В настоящее время для создания магнитодиодов могут быть использованы антимонид индия, германий, кремний, арсенид галлия. Кроме того, представляют интерес арсенид индия, твердые растворы некоторых полупроводников и полупроводниковых соединений. Для улучшения инжекционных свойств возможно использование гетеропереходов. Выпускаемые в настоящее время магнитодиоды изготавливаются на основе высокоомного кремния. «Торцевые» магнитодиоды КД301А - КД301Ж. Для создания магнитодиодов был опробован высокоомный кремний разных марок. Лучшими параметрами обладают магнитодиоды на основе высокоомного кремния марки КМД-20Б'* р-типа проводимости с р>20 кОмсм и временем жизни носителей заряда более 600 мкс. Поскольку при высокотемпературной обработке (выше 700 °С) полуизолирующего кремния КМД-20Б" наблюдается уменьшение его удельного сопротивления и времени жизни носителей заряда, что резко уменьшает магниточувствительность магнитодиода, изготовленного на его основе, то для получения магнитодиодов необходимо пользоваться низкотемпературными процессами. В связи с изложенным наиболее перспективной для изготовления кремниевых магнитодиодов является технология ионного легирования. Магнитодиоды КД301А-КД301Ж изготавливаются методами ионного легирования и сплавной технологии. Для изготовления магнитодиодов КД301А - КД301Ж сплавной технологией используются те же полупроводниковые пластины. Переходы р-п и р-р создаются на противоположных гранях пластины. Переход р-п формируется вакуумным напылением Au+Sb (1 %) с последующим сплавлением при температуре 460 °С. В магнитодиодах КД301А - КД301Ж конструкция исключает влияние поверхности полупроводника на их характеристики. Поэтому они обладают одинаковой чувствительностью к магнитной индукции вне зависимости от ее направления. Планарные магнитодиоды КД301А - КД301Ж. Магнитодиоды КД301А - КД301Ж изготавливаются по планарной технологии. Это позволяет наряду с другими преимуществами планарной технологии получать магнитодиоды с защищенными SiCb поверхностями кремния. Планарная технология дает также возможность различными методами обработки противоположных граней кремниевой пластины создавать на них области с разными скоростями поверхностной рекомбинации. Наличие на противоположных гранях кремниевой пластины областей с разными скоростями поверхностной рекомбинации приводит к зависимости магнито- чувствительности от направления магнитной индукции. При использовании кремния с известным временем жизни носителей зарядов и технологии, обеспечивающей получение определенных значений Si и S2, размеры d и h становятся основными параметрами, определяющими характеристики магнитодиода. Для изготовления магнитодиодов, чувствительных к направлению магнитного поля, основным технологическим процессом является получение зон с пониженной скоростью поверхностной рекомбинации. Поверхность с малой скоростью поверхностной рекомбинации создается низкотемпературной обработкой границы раздела кремния с окисью кремния в восстановительной среде, нанесением на поверхность кремния фосфоросиликатного стекла, низкотемпературным окислением, формированием на границе раздела отрицательного заряда. Планарные магнитодиоды КД304А-1 - КД304Ж-1 и КД304А1-1 - КД304Ж1-1. В рассмотренных выше магнитодиодах неравновесная проводимость создавалась инжекцией неосновных носителей прямосмещенным р-п переходом. Инжектировать неравновесные носители может и контакт металл - полупроводник при соответствующем соотношении разности работ выхода. Сам металл может инжектировать как дырки, так и электроны, поскольку выше уровня Ферми уровни заполнены дырками, а ниже - электронами. Однако более эффективная инжекция обеспечивается при возникновении в полупроводнике инверсного слоя под действием контактной разности потенциалов. В этом случае основное падение напряжения будет на этом индуцированном контактной разностью потенциалов р-п переходе, который и обеспечит инжекцию носителей при прямом смещении. В полупроводнике с исходной проводимостью, близкой к собственной, легко получить в инверсном слое намного большую концентрацию основных носителей по сравнению с концентрацией в базовой области, т.е. создать резко несимметричный р-п переход и обеспечить условия односторонней инжекции неосновных носителей из инверсного слоя в базовую область. Следовательно, на основе таких структур могут быть созданы высокоэффективные магнитодиоды. Одним из наиболее подходящих для кремния металлов как по разности работ выхода, так и по технологии изготовления является алюминий. Работа выхода электронов из алюминия равна 3.74 эВ, в то время как для кремния р-типа она составляет около 4.6 эВ.
Применение магнитодиодов: рекомендации по эксплуатации, бесконтактные клавиши для ручного ввода информации, датчики положения движущихся предметов, датчики постоянного тока, преобразователь частоты вращения. Рекомендации по эксплуатации. Источником управляющего постоянного или переменного магнитного поля могут быть постоянные магниты или электромагниты. Магнитодиоды следует устанавливать таким образом, чтобы магнитные силовые линии были перпендикулярны боковым граням полупроводниковой структуры.Допускается работа магнитодиодов при последовательном соединении. Возможны трехкратные изгибы выводов магнитодиодов на расстоянии не менее 2 мм от полупроводниковой структуры с радиусом закругления 1-2 мм. Пайку магнитодиодов необходимо производить на расстоянии не менее 6 мм от полупроводниковой структуры с теплоотводом. Бесконтактные клавиши для ручного ввода информации. Наиболее широкое применение в качестве устройства ручного ввода информации в средствах вычислительной и телеграфной техники, в системах автоматики, в измерительных и печатающих устройствах и в качестве органов управления в радиоэлектронной аппаратуре получили клавишные пульты. В настоящее время применяется контактная и бесконтактная клавиатура. Для ручного ввода информации наиболее перспективным считается применение гальваномагнитных преобразователей. Основными узлами клавиш на гальваномагнитных датчиках являются магниточувствительный элемент и магнитная система с постоянным магнитом. Важным узлом клавиши является магнитная система, представляющая собой магнитную цепь с постоянным магнитом и арматурой (сердечник, ярмо, полюсные наконечники и другие элементы) и предназначенная для создания и изменения индукции магнитного поля, действующего на магниточувствительный элемент.Отметим, что клавиши на магнитодиодах в зависимости от способа перемещения подвижной части делятся на две группы: клавиши с пружинами и клавиши на эффекте магнитного притяжения. Последние отличаются большой надежностью, эффективностью и простотой конструкции. При выборе любой из них должны быть обеспечены следующие условия:Для получения эффективного выходного сигнала при срабатывании электронной схемы необходимо обеспечить максимально возможное изменение индукции магнитного поля, что обеспечивается соответствующим выбором постоянного магнита и воздушного зазора, в котором расположен магнитодиод.Магнитную систему клавиши необходимо построить так, чтобы силы магнитного притяжения, препятствующие перемещению его подвижной части, были минимальными.Кинематическая схема клавиши должна быть такой, чтобы при нажатии на его головку магнитодиод оставался неподвижным. Это позволяет предохранять выводы магнитодиода от обрывов, тем самым обеспечивая высокую надежность работы клавиши. Клавиши любой из групп имеют достоинства и недостатки, поэтому рекомендовать однозначный выбор практически невозможно. Для ввода информации бесконтактные клавиши имеют бесспорное преимущество перед механическими. Однако в сильноточной технике клавиши с механическими контактами имеют определенное преимущество по сравнению с бесконтактными. Датчики положения движущихся предметов. Для создания автоматизированных систем управления в различных областях народного хозяйства начинают широко применяться различные датчики, в том числе датчики положения движущихся предметов (ДПП). В настоящее время они используются в металлорежущих станках с программным управлением, подъемных кранах, конвейерах и в различных транспортных системах. Принципы работы ДПП основываются на различных физических явлениях: фотоэффекте, изменениях емкости и электромагнитной индукции, гальваномагнитном эффекте и др. Датчики постоянного тока. Начало серийного выпуска магнитодиодов позволило создать на их основе и промышленное производство устройств для измерения и контроля различных электрических величин. В частности, магнитодиоды начали применяться в датчиках тока, входящих в состав устройств систем управления и регулирования частоты вращения электрических машин постоянного тока. Применение магнитодиодов позволило существенно упростить схемные решения датчика постоянного тока и конструктивно упростить развязку между силовой схемой управления. Помехозащищенность обеспечивается в диапазоне токов примерно 0,2 - 700 А. Преобразователь частоты вращения. Преобразователь первичный измерительный частоты вращения (преобразователь) предназначен для бесконтактного преобразования частоты вращения вала в частоту следования электрических импульсов. Дополнительные требования, характерные рабочие условия применения: изменение температуры рабочей среды от +20 °С до -196 °С; относительная влажность окружающей среды до 98 % при температуре (35±3)°С; воздействие электромагнитного поля частотой 6000 Гц; питание преобразователя - (3±0,5) мА, мощность потребления не более 0.16 Вт.
Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все... Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право... ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры... ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования... Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:
|