Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая электроника (2000) (1095415), страница 16
Текст из файла (страница 16)
В настоящее время в магнитополупроводниковых приборах используются следующие гальваномагиитные явления. Эффект Холла — возникновение поперечной разности потенциалов на гранях кристалла прн ирохожденни через него электрического тока в поперечном ему магнитном поле. Эффект мазиитосоиротивлеиия — возрастание сопротивления полупроводника в магнитном поле. Эффект Суля †отклонен линий тока ннжектированиых носителей заряда магнитным полем к одной из граней полупровод. ника.
74 ЗЧЬЧ)гят гальваномагнигореномбинационный — изменение концентрации носителей заряда при прохождении тока в поперечном магнитном поле в полупроводнике со смешанной проводимостью ирн изменении поверхностной рекомбинации. ЗФфгнг магнигодиодный. Магнитное поле приводит к закручиванию движущихся электронов и дырок. Их подвижность уменьшается, следовательно, уменьшается и длина диффузионного смешения. Одновременно удлиняются линии тока, т. е.
эффективная нинкина базы. Магнитное поле влияет не только на подвижность и направление линий тона, ио и на время жизни носителей. Пере~инленные явления приводят к сильному изменению неравновесной проводимости диода. В магнитном поле малое начальное и«мексике длины диффузионного смещения и эффективной толщины базы приводит к сильному изменению сопротивления базы и гчютветственно прямого тока вследствие резкого изменения ковш итрацни неравновесных носителей заряда. Это и есть магнитолиодный эффект. Известны и другие гальваномагннтные явления, но оии еще щ получили широкого практического применения.
Большой практический интерес представляет магннтодиодный ь~)1фект. проявляющийся при инжекции носителей из р-а-перехода ири пропускании прямого тока в диодах с длинной базой, когда длина свободного пробега ннжектнрованиых в область базы иеран. навесных носителей заряда до момента их рекомбинации (длина диффузионного смещения неравновесных носителей заряда) значительно меньше той длины пути, который они должны пройти 1и инжектирующего р-и-перехода до второго (выходного) омнче ского контакта (путь, равный длине базы диода). В этом случае практически все инжектированиые в область базы неравиовесные носителя заряда рекомбннируют на своем пути до омического контакта.
Для краткости такие диоды на практике называют «длинными» диодами. При высоких уровнях инжекцин прямую ветвь вольт-ампериой характеристики (ВАХ) резкого несимметричного диода с омичегкнм вторим контактом можно аппроксимировать соотношением у у (»иди»т (3.7) ~де а — заряд электрона, Уа — напряжение, приложенное к диоду; й — постоянная Больцмана; Т вЂ” абсолютная температура; г=2(т+с)ийЕ)/(ч+1) — коэффициент, учитывающий специфику р-а-перехода; т: р„/р» — отношение подвижностей электронов и дырок; Н вЂ” длина базы; Е )уйт~(ч+!) — эффективная длина диффузионного смещения; ( — длина диффузионного смещения.
75 В обычных диодах гЧ1~1 н Уж 2» ' (е'"л"" — 1), И (3.8) где и, — собственная концентрация носителей. В этом случае, как видно нз (3,8), прямой ток диода не зави. сит от Е. В «длннных» диодах, т. е. в диодах с большим рас. стоянием между р-л-переходом н неактивным контактом е~~'М. Тогда «Т «Ы(Е «и наг еж— ч ге(»+!) («лн (3.9) где р» — удельное сопротивление исходного полупроводника. В этом случае с=с«'9(э+1), т. е.
сильно зависит от Е. Следовательно, согласно (3.9) любое незначительное изменение длины диффузионного смещения приведет к очень большому изменению прямого тока. В «длнниых» диодах (аЧЕ>>1) распределение носителей, а следовательно, сопротивление базы определяется длиной диффузионного смещения неравновесных носителей заряда. Уменьшение Е приводит к понижению концентрации неравновесных носителей в базе, т. е. повышению ее сопротивления. Это вызывает, в свою очередь, увеличение падения напряжения на базе и, соответственно, его уменьшение иа р-и-переходе (при условии постоянства приложенного напряженна). Уменьшение падения напряжения на р-а-переходе вызывает снижение инжекцноиного тока и, следовательно, дополнительное повышение сопротивления базы, а также новое уменьшение напряжения на р-и-переходе н т.
д. Таким образом, при е"/'~1 небольшое уменьшение длины диффузионного смещения вызывает очень сильное снижение проводимости базы диода. Следовательно, воздействуя внешними факторами на длину диффузионного смещения, можно управлять проводимостью базы диода. Так как Е=Я2»Ц»+1)'1(ИТ~д) р тр, то изменение Е может быть вызвано воздействием либо на эффективное время жизни носителей т, либо на отношение подвижностей электронов и дырок т. Длину диффузионного смещения носителей, наряду с другими методамн, можно изменять и воздействием магнитного поля.
Поскольку при высоких уровнях инжекцин концентрации электронов и дырок примерно одинаковы, то ЭДС Холла практически равна нулю. При этом иижектированиые из р-и-перехода носители будут двигаться под некоторым углом к направлению внешнего электрического поля. Этот угол называется углом Холла. Магиитодиодный эффект может наблюдаться в любой полупроводниковой структуре, в которой создана положительная или от- 76 рицательная иеравновесная проводимость. Проводимость считается положительной в том случае, когда концентрация носителей выше равновесной, отрицательной — когда оиа ниже равновесной. Отрицательная проводимость реализуется, например, при чкстракцни носителей р-п-переходом, на который подано обратное напряжение, или л+-п-переходом, т, е.
переходом, образованным и» границе полупроводника с различной концентрацией одногнпиых носителей (в данном случае электронов). На основе магнитоднодного эффекта был предложен новый ~альваномагнитиый прибор — магнитодиод (31. Магнитоднод представляет собой полупроводниковый прибор с р-и-переходом и невынрямляюшнм контактом (омнческим нли антнзапнраюшим), между которыми находится область высокоомного полупроводника (рис. 3.7,а), Отличие от обычных полупроводниковых диодов состоит только в том, что магнитодиод изготовляется нз высокоомиого полупроводника с проводимостью, близкой к собственной, н длина базы г) в несколько раз больше длины диффузионного смешения носителей (., в то время как в обычных диодах 0<1..
В «длинных» диодах при прохождении электрического тока определяющими становятся процессы, зависящие от рекомбинации и движения неравновесных носителей в базе н на поверхности. В прямом направлении при высоких уровнях инжекции проводимость магиитоднода определяется иижектироваиными в базу неравновесиымн носителями. Падение напряжения происходит ие на р-п-переходе, как в диоде, а иа высокоомной базе. Если магиитоднод, через который протекает ток, помсстнть в поперечное магнитное поле, то произойдет увеличение сопротивления базы. Сопротивление базы увеличивается и за счет повышения роли поверхностной рекомбинации отклоняющихся к поверхности полупроводника носителей заряда. эквивалентную схему магинтодиода можно представить в виде магниторезистора с последовагельно включенным усилителем, Типичная ВАХ магннтодиода приведена на рис.
3.7,6. 1о д Иа О И б) Ркс З7. Кокструкинк (а) к вольт-амиеркая карактерксткка (б) магкитохнода 77 Свойства магинтоднодов характеризуются вольтовой и токовой ма гниточувствительиостями. Вольтовая магниточувствительность у» апреле»яется изменением напряжения на магнитодиоде ири изменении магнитного поля В на ! мТл и постоянном значении тока через магнитодиод: где Уз — напряжение на магнитодиоде прн ВФО; У» — напряжение на магнитодиоде при В=О; Ег — усредненный путь, прокол мый носнтелямн за время жизни в иаправлекии внешнего элект! ческого поля; У=«)ИсяТ вЂ” коэффициент иеравновесиости при в~ соких уровнях инжекцни.
Тоновая магниточувстаительность у» определяется нзмененн тока через магнитоднод при изменении магнитного поля иа ! м1 л н постоянном напряжении на магнитодноде: где «» и «з — токи магннтадиода при В=О н В~О соответственно. Обычно при больших скоростях поверхностной рекомбинации наблюдается зависимость времени жизни носителей от магнитно поля, Если скорость поверхностной рекомбинации на двух гран> одинакова, то время жизни носителей с увеличением магнитно« поля уменьшается. Если на одной грани скорость поверхностнон рекомбинации больше, чем на другой, то при отклонении носите. лей к первой наблюдается уменьшение, а ко второй — увеличение времени жизни. В соответствии с этим изменяется н длина диффузионного смешения носителей. Если изменение эффективного времени их жизни достаточно велико, то оно может превысить влияние пзмекення подвижности и искривления линий тока н будет определять магниточувствительносгь магинтоднода, Магннтотраизнсторы находят в последнее время широкое применение в качестве преобразователей, чувствительных к магнитному полю.
Рассмотрим вначале работу биполярного магнитотранзистора, В «тонких» (обычных) транзисторах, которые чаще используются и были подробно нанн рассмотрены в гл. 2, длина базы с«намного меньше длины диффузионного смещения носителей (ФФ«.). В этих транзисторах незначительные изменения коэффициента усиления по току эмнтгера могут вызвать очень большие изменения тока коллектора. Так как в этих транзисторах коэффициент усиления связан квадратичной зависимостью с длиной диффузионного смещения Йм= ! — О,5(««/1.)', то любые воздействия Уз па нее будут приводить к значительному изменению тока. Таким ~ бразом, на основе транзисторов возможно создание таких же приборов, основанных на управлении длиной диффузионного смещения.
как и на «длннных» диодах, Роль сопротивления базы в ппх играет сопротивление коллекторного р-л-перехода, включенного в обратном направлении. В транзисторах с «длинной» базой (Н>ЗЬ) коэффициент усиления значительно меньше единицы н связан зкспоненциальной зависимостью с длиной диффузионного смещения следующим выражением: ям=2ехр( — Н/Е).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
