Датчик магнитного поля Советский патент 1981 года по МПК H01L43/06 

(54) .ДАТЧИК МАГНИТНОГО ПОЛЯ

/Еб являющейся характеристикой материала, где Е -напряженность поля Холла, Е - напряженность приложенного электрического поля,Вмагнитная индукция, а - расстояние мелоду зондовыми контактами.

Датчики Холла просты в изготовлении, обладают линейной зависимостью от магнитного поля измеряемой электродвижущей силы, что является их преимуществом перед другими датчиками магнитного поля. Однако возможности применения таких датчиков ограничены. Они малопригодны для изучения топографии магнитных полей в малых объемах, для считывания информации с магнитных накопителей в электроняых вычислительных мапшнах, а также при измерении быстроменяющихся полей. Это связано с тем, что датчики малых размеров обладают малой вольтовой чувствительностью.

Целью изобретения является повышение удельной чувствительности датчка к магнитному поЛо.

Цель достигается тем, что расстояние между гранями с зондовыми контактами выполнено сравнимым с длиной энергетической релаксации носителей.

Выполнение этого условия приводит к нарушению равновесного распределения носителей по характерному параметру в присутствии электрического и магнитного полей и возникновению добавочного приповерхностного поля Холла, следовательно к увеличению удельной чувствительности.

Движение свободных носителей заряда в примесных полупроводниках можно описать набором характерных длин, а именно, длиной свободного прбега по импульсу, длиной энергетической релаксации, длиной внутридолиного пробега, длиной спиновой релаксции. Смысл этих длин состоит в том, что послврсоударения, например с дефектом кристалла,носитель на характерной длине не изменяет свой характерный параметр/, т.е. импульс, энергию, номер длины и спин. Ограничивающие полупроводниковый образец поверхности являются тем дефектом, поддя к которому носители рассеиваются, т.е. изменяют все свои характерные параметры. Поэтому отражаясь от поверхности, в слое, авном соответствующей характерной длине, они двигаются без изменения Характерного

параметра. Сила Лоренца, являющаяся функцией характерного параметра, по разному отклоняет носители с разными характерными параметрами, в результате чего в приповерхностном слое, где носители не изменяют свой характерный параметр, возникает градиент концентрации носителей с постоянным характерным параметром. Возникновение градиента равносильно появлению добавочного поля Холла.

Теоретическое и экспериментальное исследование приповерхностного поля Холла для случая больших градиентов концентрации носителей с постоянным параметром, показывает, что добавочное поле может во много раз превосходить поле Холла в объеме образца. По достижении расстояния между холловскими контактами, лежащими на взаимно параллельных ограничивающих поверхностях, величины сравни1 юй с одной из характерных длин свободных носителей в полупроводнике, увеличивается роль приповерхностных слоев, в которых поле Холда превышает поле в объеме полупроводника,что позволяет увеличить уделную чувствительность датчика.

На чертеже показан предлагаемый датчик магнитного поля.

Датчик представляет собой параллелепипед 1 из примесного полупроводника, снабженный двумя токовыми 2,3 двумя зондовыми 4,5 контактами, расположенными на Ьграничивающих поверхностях параллелепипеда. При этом расстояние а между зондовыми контактами выполнено сравнимым с одной из характерных длин свободных носителей заряда в примесной полупроводнике, например с длиной энергетической релаксации.

Пример. Датчик магнитного поля выполнен из электронного антимонида индия. При 4,2 К концентрация свободных носителей и подвижность соответственно равны 2,3- 10 см и 1170 .с. Длина энергетической релаксации больше или равна 15-1СГсм Датчик имеет размеры 21бх 10 хб10 см, где см - расстояние между зондовыми контактами. При 4, удельная чувствительность датчика составляет 2,1 2« 1СГ Т , а вольтовая чувствительность 2,55 10 В/Т. В тб же время в датчике, выполненном из того же материала в тех же условиях, но имеющем расстояние между зондовыми контактами 1/10 см, удельная и вольтовая чувствительности со.. ...„. nj-ov-i niejibHucTH СОответственно равны 0,27. .З.АВ/Т. Измерение чувствительности производится в магнитном поле от 0,01 до 0,05 Т. . Предлагаемый датчик магнитного поля прост в изготовлении и имеет линейную зависимость измеряемой величины от напряженности магнитного поля. Преимуществом предлагаемого датчика перед известными является высокая удельная чувствительность пр малых размерах. Датчики магнитного поля предлагаемой конструкции могут иметь объем порядка , что связано с величинами характерных длин свободных носителей в полупроводнике. Малые размеры датчика позволяют использовать его для измерения топографии магнитных полей, ; а также для измерения быстроменяющих ся полей (с частотами больше 10 кГхй. Использование предлагаемого датчика 7 в батарее, соединенных между собой датчиков, например в интегральной схеме, позволяет получить более высхеме, позволяет получить более высокую чувствительность при малых общих размерах датчика. Формула изобретения Датчик магнитного поля, выполненный из примесного полупроводника в форме параллелепипеда, содержащего на торцовых гранях токовые контакты и на двух других параллельных друг другу гранях зондовые контакты, причем расстояние между гранями с токовыми контактами не менее чем в два раза превышает расстояние между гранями с зондовыми контактами, отличающийся тем, что, с целью повышения удельной чувствительности датчика к магнитному полю, расстояние между гранями с зондовыми контактами выполнено сравнимым с длиной энергетической релаксации носителей.

..