Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая электроника (2000) (1095415), страница 17
Текст из файла (страница 17)
В этих транзисторах также возможно управление током путем воздействия на длину диффузионного смещения. Таким образом, на основе транзисторных структур могут быть созданы приборы с высокой чувствительностью к изменениям длины диффузионного смещения и, следовательно, обла~ающне высокой чувствительностью к магнитному полю. Возможно создание как «тонких», так н «длинных» магнптотранзисторов.
«Тонкие» магнитотранзисторы обладают высокой магниточувггвнтельностью только прн Ь»~=1 н при условии, что отличие коэффициента переноса от единицы связано с рекомбинационными процессами. При этом коэффициент ннжекцин близок к единице. Вольтовая магниточувствнтельность «тонких» магнитотранзисторов будет большой при достаточно больших рабочих напряжениях, а токовая — прн любых напряжениях.
В этом отношении перспектнвнымн могут оказаться планарные транзисторы с высокими значениями коэффициента усиления. В «длинных» магиитотранзнсторах на коэффициент усиления сильно влияет поперечное магнитное поле вследствие уменьшения эффективной длины диффузионного смещения. Она уменьшается как из-за искривления линий тока, так н в результате уменьшения подвижности носителей. Продольное магнитное поле также оказывает сильное влияние — увеличивается эффективная длина диффузионного смещения, так как под воздействием сильных магнитных полей практически все инжектнрованные нз эмиттера перавновесные носители движутся по кратчайшему пути к коллекгору параллельно осн транзистора. Йх рекомбннация заметно снижается, а коэффициент усиления транзистора возрастает.
Дальнейшее развитие идеи увеличения магниточувствительногтн биполярных «торцевых» транзисторов реализовано в двухколлекторном магннтотранзисторе (ДМТ) с «горизонтальиыми» коллекторами. ДМТ представляет собой обычный биполярный р-п-р-транзистор, коллектор в котором разделен на две части (рис. 3.8,а), Принцип его действия заключается в следующем. 11рн включении ДМТ по схеме с общим эмпттером и нагрузочными резисторами в цепях коллекторов (мостовая схема) в отсутствие магнитного поля ннжектированные змнттером носители заряда 79 а) Рис. З.В. Структуры двухколлекторных магнктотраитнсторов с горнтонтальныт (о) н («торкевыми») (о) коллекторамн (дыркн) распределяются между коллекторами примерно норови Токи обоих коллекторов равны и напряжение между ними отсу.
ствует. В поперечном магнитном поле В+ происходит перераспр~ деление инжектнрованных носителей заряда между коллекторам! прн этом ток коллектора К2 увеличивается, а ток коллектора К уменьшается, что вызывает разбаланс моста. Это приводит к н: менению напряжения между коллекторами.
Прн этом с росто магнитного поля оно увеличивается. При изменении направленн магнитного поля (В-) ток коллектора К2 уменьшается, а ток ксхг лектора К1 увеличивается и соответственно изменяется знак н; пряження У между коллекторами. Наряду с указанным перераспределением ннжектированны носителей заряда между коллекторами происходит такмсе измене иие эффективной толщины базы. При этом в рассмотренной кои струкции в магнитном поле происходит уменьшение эффективно толщины базы левой части транзистора н соответственно увели ченне правой части, ' т. е.
ток коллектора К! увелнчнваетст а ток К2 уменьшается. Этот эффект противоположен эффекту пе рераспределення носителей заряда н приводит к уменьшению мат ннточувствительности ДМТ. Этот недостаток устранен в ДМТ с «вертнкальиыын» коллек торами, в котором омнчсскнс контакты к базе и эмиттеру распа ложены по разные стороны от коллекторов (рис. 3,8,6).
Магнит ное поле, наряду с эффектом перераспределения носителей межд коллекторами, уменьшает эффективную толщину базы, если ттн коллектора К2 увеличивается, и соответственно увеличивает тол щнну базы для коллектора Кl, Таким образом, изменение эффек ав е зр ае аг иа,г г) рис 39. Структура (а) и статические выходные характеристики (б) еторцево- ю» двухколлекторкого ыагиитотраиаистора м(аной толщины базы дополнительно увеличивает ток коллекн~ра К2, а также уменьшает ток коллектора К1.
Это прнводнт к кополннтельному росту магннточувствнтельностн ДМТ. На рнс. 3.9 приведены выходные характеристики ДМТ„нзго~онлснного нз германня н-тнпа с р=40 Ом см, С =3 мм н размернмн ! Х ! Х4 мм. Вольт-амперные характеристики коллекторов и а(обны характеристикам обычного биполярного транзнстора. И<ледствне некоторого различия коллекторных р-н-переходов (по площади н токам утечки) нх юкн в отсутствне магнитного поля несколько различаются. С прнложеннем магнитного поля ток одаого коллектора увеличивается, а другого уменьшается.
Напряжекне между коллекторами с ростом магнитного поля растет н нрн В>0,7 Тл достнгает насыщення. Максимальная магннточувггвнтельность н лннейность характернстнкн наблюдаются в обла|гн малых магнитных полей. Магннточувствнтельность достигает гинченнй у= (2 ... 4) (О' В/Л Тл прн В<0,4 Тл. Она на трн порядка польше магннточувствнтельностн датчнков Холла. С понижением ы ыпературы наблюдается рост магннточувствнтельностн, В качестве, преобразователей, чувствительным к магнитному иил1о. прнменяют также н полевые транзисторы.
Полевой гальваномигнитореномбинационносй (ПГМР) магнитолинзистор состоит нз полупроводннковой пластины 1, проводим~к ть которой блнзка к собственной (рнс. 3.!0,а) н одного-двух гиллнческнх полевых электродов 4 для подвода управляющего 8! Рнс, З,)0. Полевой гальваномагннторекомбннанноннмй магннтотрананстор го структурами МЛП (а) н МЛПЛМ (б) н скемм аключеннн длн МЛП (а) н МЛПЛМ (г) соответственно напряжения, изолированных слоями диэлектрика 3, На торцах пластины расположены токовые электроды 2 и Б. Магнитотранзистор ПГМР имеет МДП-структуру.
Существует н другая структура магннтотранзнстора: металл — диэлектрик — полупроводник — диэлектрик — металл (МДПДМ) (рис. 3.)О,б), в которой управляющее напряжение подводится к обоим полевым электродам, В основе действия ПГМР магнитотраизистора с МДП-структурой лежит изменение средней концентрации носителей заряда в полупроводнике при воздействии магнитного поля, продольного и поперечного электрических полей. Если ПГМР магнитотранзистор поместить в магнитное поле так, чтобы магнитные силовые линни были перпендикулярны продольной составляющей электрического тока, н приложить к электродам управляющее напряжение, то произойдет перераспределение концентрации носителей заряда по сечению пластины в направлении действия сил Лоренца, При этом в зависимости от разности скоростей поверхностной рекомбинации иа гранях пластины, где расположены полевые электроды, и направления сил Лоренца происходит уменьшение нли увеличение концентрации носителей по сравнению с равновесной, Зто приводит к возрастанию или уменьшению сопротивления ПГМР магннтотраизистора.
В табл. 3.1 приведены основные характеристики ПГМР магнитотранзнсторов на основе германия. ах Таблица 3.! основана хврактврнстмнн магнмтотранзнсторов и р н м е ч а н и е. днанаэов темвератур 020 .. зяу к. темверетурнмп коэа анцнент м ~ннточуастантеаавостн 0,2 ык коэфонцневт неанневностн карактернстнкн вереаачн сн,а Н На рнс. 3.11 приведены зависимости выходного напряжения 11ГМР магннтотранзнсторов от тока н магнитной индукции. Эти мпгнитотранзисторы обладают линейной характеристикой перетц!с!и, Использование ПГМР магнитотранзистороп особенно эффекыцсно прн построении измерителей магнитных величин с автома~ссческой коррекцией погрешностей или аналого-цифровым преобразованием входной магнитной величины, различных магкитных н слсктрнческих регуляторов устройств автоматики н управления г переменной нли адаптируемой структурой. йчагннтотнрнсторы. Любой тнрнстор, как отмечалось в гл, 2, можно представить в виде эквивалентной схемы, состоящей нз г(нух транзисторов, поэтому магннточувствнтельные свойства тнрнсторов характеризуются магниточувствнтельными свойствамн составляющих транзисторов.
Напряжение включения тнристора о йз ~о !и гр,мд и) Рцс. 3.!!. Завяспмостп выходного напряженая ПГМР магннтотранзястороа со атруктуроа М)(П ()) н МДПДМ (2) от тока пнтання прн В ! мтл (а) н от магннтноа нндукннн прн Уо 0,8 мА (б) 83 выражается через коэффициенты передачи тока базы йх<< и й.,' двух транзисторов: (увка Ч~чк,а ф ) — Ип () + уг!увк<) — Их< < где У„,о — напряжение лавинного пробоя коллекторного р-и.п" рехода; 1.,д — ток включения;!, — ток управления; с=2...6. В< пускаемые в настоящее время тнрнсторы изготовляются в осн< ном методом двойной диффузии. Длина базы и-р-и-транзистора структуре достаточно тонкая, и йз<< в поперечном ча)нитном по практически не изменяется. Длина базы второго р-и-р-транзнстора порядка !.в, поэтому й.,' в магнитном поле изменяется значительно сильнее йв<<. Площадь коллектора обычно велика, и эффекта отклонения ннжектированных носителей заряда ог коллектора не наблюдается. Поэтому изменение Из<а, определяемое только изменением эффектнвноч длины базы, небольшое, В таких тнристорах Ув„а относнтелы слабо зависит от магнитного поля.
Для увеличения магннточу: ствительности необходимо обеспечить более сильную завис < мость йа<з от индукции магнитного поля. Этого можно дости использованием эффекта отклонения ннжектированных носится« заряда от коллектора. Наиболее удобной конструкцией, обеспечп вающей этн условия, является обычный планарный тирнстор, нз поверхности «длин)<ой» базы которого имеется 5-область с повышенной скоростью рекомбинации неосновных носителей зарядз (рнс. 3.!2,а), Прн пнжекцнн дырок нз анода 4 в и-базу магнитное поле направления Во отклоняет их в глубь базы, что уменьшает рекомбинацию и увеличивает ума составляющего р-и-р-транзистора.
Это приводит к уменьшению (),„.. Прн противоположном направлении (В-) магнитного поля ().„соответственно увеличивается. и) У б) д) Рке. ЗЛ2 Конетрукани одиночных (а, б) к савоеккого (в) магннтотнркеторов: А — анод; К - какод; а< — внвавкно<кка аквкввод ач 1'пс. 3,13.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
