Фотоэлектрический магниточувствительный датчик Советский патент 1992 года по МПК G01R33/00 

Изобретение относится к устройствам для определения параметров-магнитных прлей и может найти применение в качестве средства для определения величины напрйженности магнитных полей, .

Целью изобретения является повышение чувствительности путем исключения технологической погрешности.

На фиг.1 представлена схема датчика в устройстве (в сечении); на фиг.2 приведены полученные .при исследовании характеристик опытного образца зависимости значений выходного сигнала датчика от величины магнитного поля двух противоположных направлений и двух различных значений интенсивности освещения.

Датчик представляет собой плоскопараллельную структуру, состоящую из отдельных полупроводниковых элементов 1 с п--р-переходами 2, перпендикулярными освещаемой приемной поверхности Э. С помощью металлических слоев 4 элементы соединены noriapHO навстречу один другбму,.а пары соединены между собой с образованием между их металлическими слоями электрического контакта. Датчик помещается в магнитное полеФН. К наружным металлическим слоям крайних элементов устройства присоединены электрические выводы 5. Источник излучения использован для освещения приемной поверхности 3, Он содержит, например, полупроводниковый лазер или светодиод, расположенный в фокальной плоскости линзы. Равномерный поток излучения от источника, падающий на приемную поверхность 3 устройства, установленного в магнитном поле,, генерирует Неравновесные носители заряда (ННЗ) в полупроводниковых слоях 1 структуры. ННЗ диффундируют к п-р-переходам и разделяются их электрическими полями, что обусловливает возникновение на каждом из переходов фото-ЭДС. Наличие магнитного поля способствует диффузии из объема полупроводника к п-р-переходам или от них (в зависимости от взаимного расположения переходов и направления магнитного поля) дополнительного количества ННЗ. За счет этого на п-р-переходе возникает добавка напряжения ± ифм, соответству|Ъш1ая фотомагнитной ЭДС. Значений ифм изменяются пропорционально изменениям напряженности магнитного поля. Благодаря попарному встречному включению элементов с идентичными фотоэлектрическими пара-/ метрами в структуре происходит взаимная компенсация фото-ЭДС в каждой паре элементов, а фотомагнитные ЭДС суммируются.

Очевидно, что для практического использования датчика идентичность элементов, обра;зующих пары, должна быть такой , чтобы обеспечивалась необходимая степень компенсации фото-ЭДС-во всей структуре, а именно: суммарная фото-ЭДС в каждой паре должна быть по крайней мере на порядок меньше суммарной фотомагнитной ЭДС этой пары (или -- Ф , где

N - число пар) в заданных диапазонах освещенности и напряженности магнитного поля.

Введение металлических слоев с магнитной проницаемостью меньшей, чем у полупроводника,обусловливает перераспределение плотности магнитного потока в структуре, а именно увеличениеего в полупроводниковых слоях пропорционально отношению магнитнь1х проницаемостей / г/п . Следствием этого является соответствующее увеличение сигнала фотомагнитной -ЭДС в каждом из элементов, т.е. повышение его удельной чувствительности, а следовательно, и чувствительности к магнитному полю устройства, в целом.

Конструкция датчика дает возможность использовать для его изготовления технологию, позволяющую осуществлять как предварительную попарную подборку элементов перед их соединением в пары с максимальной компенсацией фото-ЭДС, так и соединение элементов в пары и далее в структуру, содержащую необходимое число таких пар, которые .определяют .желаемую расчетную величину фотомагнитной ЭДС. Кроме того, наличие в конструкции датчика металлических слоев, параллельных плоскости п-р-переходов, способствует улучшению условий собирания неравновесных носителей заряда, возникающих в полупроводнике при воздействии на него излучения. Это дает возможность получения более мощного выходного сигнала по сравнению со структурой, не содержащей сплошных металлических контактных слоев. Датчик не нуждается в источнике питания и усилителе выходного сигнала, «е требует времени на подготовку к работе, не является источником магнитного поля. Возможность использования импульсных источников излучения для активизации датчика устраняет необходимость,стабилизации его температуры, позволяет ,повысить скорость и точность измерений. Благодаря возможности получения на выходе устройства значительной фотомагнитной ЭДС (напряжение - до сотен милливольт, токи-до десятков миллиампер), её регистрация может осуществляться непосредственно с помощью обычных универсальных осциллографовvinM цифровых воль- тметров, она может быть использована для приведения в действие компактных систем индикации.

Формула изобретения 1, Фотоэлектрический магниточувствительный датчик, включающий плоскопараллельную полупроводниковую структуру, содержащую последовательно расположенные слои п- и р-проводимости, рбразукэщие п-р-переходы, перпендикулярные освещавмой.приемной ловерхности, отличаюи и с я тем. что с целью повышения чувстйтейьнЬсти путём исключения технологической погрешности, соседние слои п- и р-проводимости, образующие между собой

п-р-переход, выполнены в виде отдельных элементов,- на поверхности каждого из которых параллельно плоскости п-р-перехода нанесены металлические слои,, смежные элементы соединены друг с другом с образованием электрического контакта между их металлическими слоями, причем элементы соединены попарно на встречу друг другу и в каждой паре имеют идентичные фотоэлектрические параметры.

|2. Датчик по П.1, о т л им а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения удельной чувствительности, металлические слои каждого элемента выполнены из диамагнитного материала с магнитной проницаемостью, меньшей магнитной проницаемости п-рслоев полупроводниковой структуры.

HffjM, В

фиг. 2

HfOJs

20