Гальваномагниторекомбинационный элемент Советский патент 1985 года по МПК H01L43/08 

Изобретение относится к магнитным измерениям и может быть использовано в технику и научных исследованиях для измерения постоянных и переменных магнитных полей. Известны Широко применяемые, преобразователи индукции магнитного поля - датчики Холла .il . Однако .они имеют большую погрешность преобразования слабых магнитных полей из-за малой чувствительности и появления паразитных сигналов на выходе датчика, обусловленных остаточными напряжениями, нелинейно зависящими от силы управляющего тока и потому не поддающимися полной компенсации. Наиболееблизким по технической сущности к предложенному является гальваномагниторекомбинационный (ШР) элемент, выполненный в виде полупроводниковой шIaJCтины с двумя омическими контактами на торцах, об ластью с повьш енной скоростью поверхностной -рекомбинации (СПР) носителей тока на одной из граней 2 Работа этого элемента основана на ГМР эффекте и заключается в следующем. Если поместить элемент в магнитное поле так, что сила Лоренца отклоняет электронно-дырочные па ры к грани с малой скоростью поверхностной рекомбинации, то полное число носителей тока в пластине уве личивается , и сопротивление элемента падает. Если сила Лоренца отклоняет электронно-дарочНые пары к гра ни с большой СПР, полное число носи телей тока уменьшается, и сопротивление магниточувствительного элемен та увеличивается. Достоинством тако го элемента является простота и тех нологичность изготовления, а также большая вольтовая чувствительность. Недостаток данного элемента обус ловлен ограниченным температурным диапазоном измерения со стороны высоких температур (более 100 С). Это объясняется тем, что малая СПР при температурах вьше 100 С увеличивается за счет потери поверхность полупроводника молекул воды, которые при нормальной температуре закреплены на рекомбинационных центрах и блокируют их, в результате чего, чувствительность ГМР элементов может снизится до нуля. Цель-изобретения - увеличение температурного диапазона измерений в сторону высоких температур (брлее 100°С). Поставленная цель достигается тем, что гальваномагниторекомбинационный элемент, выполненный в виде полупроводниковой пластины с омическими контактами на торцах и областью повьш1енной скорости поверхностной рекомбинации носителей тока на одной из граней, содержит на гранях с малой скоростью поверхностной рекомбинации поликристалличёские слои из материала, не изменяющего энергетический спектр поверхности полупроводника и способного блокировать активные рекомбинационные центры на его поверхности, например из серебра, с островковой структурой и концентрацией остров.кон не меньшей, чем концентрация активных рекомбинационных центров на поверхности полупроводника. На фиг. 1 представлена конструкция предлагаемого элемента , фиг. 1зависймости магниточувствительности прототипа (а) и предлагаемого гальваномагниторекрмбинационного элемента (Ь) от температуры. Гальваномагниторекомбинационный элемен - состоит из- прямоугольной полупроводниковой пластины 1 с омическими контактами 2 и 3 на торцах, области 4с большой СПР на одной из граней, области с малой СПР на - . гранях 5} 6 и 7, поликриста шического слоя 8, например, из серебра, расположенного на гранях 5, 6 и 7 и имеющего островковую (не сплошную) структуру. Магниточувствительньй элемент работаетследующим образом. При температурах меньше магниточувствительность предлагаемого элемента такая же, как и в отсутствии на грани с малой СПР поликристаллического слоя (фиг. 24, /Ь ), так как .это.т слой не вызывает никаких изменений в спектре злектронньпс состояний уровней. Такими свойствами обладает серебро, палладий и др. При увеличении температуры более 100 С и прогреве (или помещении в вакуум) магниточувствительность предлагаемого элемента в отличии от прототипа не падает (фиг. 2Ь). Это объясняется

следующим. Кристаллики серебра, внедренные на поверхностях полупроводника с малой СГГР, замещают на них помекулы воды и молекулы группы ОН, поэтому при повышении температуры свыше 100 С отсутствует адсорбция воды и не увеличивается плотность активных уровней (тем самым не изменяется малая СПР) как на рабочей грани 5, так и на гранях 6 и 7, величина, которой (СПР) также влияет на чувствительность ШР элемента, т.е. чем меньше СПР на гранях 6 и 7, тем больше чувстви тельность. Кристаллики серебра создают мелкодисперсионное покрытие с наименьшей энергией связи с поверхностью полупроводника в отличии от металлов той же подгруппы (Си, Аи), вследствие чего микрокристалли ки серебра более подвижны на поверх ности и имеют возможность закрепляться на активных центрах поверхности, которые по сути определяют электронные состояния поверхности рекомбинационнЪго типа. Активные центры поверхности полупроводника

/,А#5/

U806A4.

представляют собой структурный дефект с адсорбированными на нем кластерами из молекул воды, в которых содержится до 10 молекул воды. 5 Концентрация активных центров на поверхности германия имеет величину 10 -10 м, поэтому плотность кристалликов серебра должна быть не менее м . Размеры Ш1 onto ределяются способностью блокировать активные центры поверхности и составляют величину не более 10-30 мм (при больших размерах нарушается островковая структура, и грани 2 f5. и 3 замыкаются накоротко). Этим характеристикам дисперсионного покрытия соответствует интегральная концентрация атомрв серебра на поверхности 10 -10

м

По сравнению с базовым объектом ГМР элементом, применяемым в серийно выпускаемом магнитометре Ф-4356, предлагаемый магниточувствительньй элемент дает возможность при сохранении высокой чувствительности измерить магнитные поля в широкой области температур (до ).

ГАЛЬВАНОМАГНИТОРЕКОМБИНАЦИОННЫЙ ЭЛЕМЕНТ,.выполненный в виде полупроводниковой пластины с омическими контактами на торцах и об, ластью повышенной скорости поверхностной рекомбинации носителей то- ка на одной из граней, отличающийся тем, что, с целью расширения температурного.диапазона измерений в сторону высоких температур, на грани с малой скоростью поверхностной рекомбинации нанесены поликристаллические слои из материала, не изменяющего энергетический спектр поверхности полупроводника и способного блокировать активные рекомбинационные центры на его поверхности, например серебра, с островковой структурой и концентрацией островков не меньшей, чем концентрация активных рекомбина(О ционных центров на поверхности полупроводника.

С « X