Управляемый магнитным полем пороговый переключатель Советский патент 1982 года по МПК H01L29/82 H01L45/00 

(5) УПРАВЛЯЕШЙ МАГНИТНЫМ ПОЛЕМ ПОРОГОВЫЙ

I

Изобретение относится к управляекшм магнитным полем немеханическим пороговым переключателям, состоящим из атмосферного полупроводникового материала и имеющим нелинейную вольтамперную характеристику с зависимым от давления пороговым знамением. Пороговый переключатель пригоден для переключения и управления переменным током либо импульсной мощностью в электронике и может быть использован в качестве кнопочного выключателя, реле, элемента связи, формирователя импульсов, модулятора и логического элемента для логической связи электрических и/или механических сигналов.

Известны немеханические переключатели, осуществляющие аналоговое изменение удельных параметров элементов под воздействием внешнего давления. Управляющее воздействие складывается из зависимого от давле-, ния изменения прироста вольтамперПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ

ной характеристики и изизменения рабочей точки на этой характеристике. Прин| пы переключения такого рода основаны на использовании S зависимых от давления полупроводниковых кристаллов, полупроводниковых тёнзометрических полосок, магнитоэластических и магнитострикционных эффектов.

10 Названные принципы имеют недостаток, заключающийся в том, что из-за отсутствия порогового значения не могут быть реализованы устойчивые цифровые режимы переключения со

ift свойствами порогового перекпючателя и триггера относительно входных величин, например растяжения или давления .

Преобразование непрерывных входных сигналов в цифровые возможно только при наличии дополнительно подключенных схем. Решение этой проблемы найдено в использовании аморфных полупроводников, имеющих нелинейную 39 врльтамперную характеристику с пороговым значением. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является управляемый магнитным полем пороговый переключатель из аморфного полупроводникового материала со скачкообраз ной характеристикой проводимости, ко торый расположен между нижним и верх ним магнитными полями в котором под воздействием магнитного поля в аксиЭльном и/или латеральном направлениях осуществляется бесконтактный процесс переключения. Известные зависимости от давления посредством прямого механического контактирования переключательного элемента преобразуют механические входные величины в цифровые электрические выходные сигналы. Из-за прямого механического контактирования преобразующей системы, например нажимного толкателя, с выполненным в виде тонкопленочной структуры,переключательным элементом эта система является технически ненадежной и по причине дополнительных технологических затрат для механического принципа преобразования экономически не оправданной. Цель изобретения - реализация переключательного элемента с характеристикой порогового значения, имеющего на базе аморфных полупроводников скачкообразную характеристику .проводимости и посредством управле1 магнитным полем осуществпяюа его про тым способом прямое преобразование аналоговых механических или немеханических входных сигналов в выходные сигналы. Указанная цель изобретения достигается тем, что в управляемом магнит ным полем пороговом перекгвочателе из аморфного полупроводникового материала со скачкообразной характеристикой проводимости, который расположен между нижним и верхним магнитными слоями и а котором под воздействием магнитного поля в аксиальном и/или латеральном направлениях осуществляется бесконтактный процесс переключения, магнитные нижний и верхний слои выполнены а виде магнитных нижнего и верхнего электродов с магнитрстрикционными свойствами и охватывают аморфный полупроводниковый материал. 6 Для улучшения переключательных свойств в изоляционном слое расположен металлический, магнитный или немагнитный промежуточный слой. Кроме того, переключательный элемент состоит из последовательного соединения отдельных пороговых переключателей. На фиг Л изображена вольт-амперная характеристика переключателя; на фиг.2 - один из вариантов порогового переключателя, поперечное сечение; на фиг.З - специальная структура изолирующего слоя, поперечное сечение . Изготовленный известными технологическими средствами пороговый переключатель расположен, например, на металлической или стеклянной подложке 1 . На подложке 1 в качестве первого слоя находится нижний электрод 2, выполненный, например, из никеляхрома. Затем следует изолирующий слой 3, например, из двуокиси алюминия, аморфного полупроводника, и верхний электрод 5, выполненный, например, также из никеля-хрома. Над верхним электродом 5 расположен контактный слой 6, состоящий, например , из алюминия, в то время как контактный слой 7, который также может быть изготовлен из алюминия, расположен над закрытым другими слоями участком нижнего электрода 2, или нескольких металлических магнитных или немагнитных промежуточных слоев 2 в изолирующем слое 3 (фиг.3). В переключателе использованы силы магнитного поля в качестве управляющего средства. Немеханически производное контактное давление обусловливает уменьшение разброса порогового напряж ения и зависимых от него параметров. Особенным преимуществом является включение принципа управления в технологию изготовления элементов без дополнительных конструктивных затрат . Переключательный элемент в такой форме удовлетворяет требованиям функциональной электроники. Благодаря отсутствию дополнительных преобразующих (Элементов, таких как пьезокристаллы или механические пневматические системы, изготовление связано с малыми затратами в техническом и экономическом смысле. Пороговый переключатель может быть полностью изготовлен после соответствующего фотолитографического структурирования в качестве тонкопленочной структуры на кремниевой, стеклянной или металлической подложке посредст . вом гомогенного технологического . процесса, например катодного распыления . Этот переключатель является ,инТе грирующим управлением магнитным полем переключательным элементом с зависимой от давления характеристикой порогового значения проводимости на базе аморфного полупроводникового материала. Аморфный полупроводниковый материал расположен между магнитным нижним .электродом магнитного поля, изменяется пороговое напряжение и осуществляется бесконтактшй процесс переключения. Чувствительность характеристики переключения может быть повышена, если в .изолирующем слое находятся один или несколько промежуточных слоев, которые могут быть магнитными или немагнитными. Несколько пороговых переключателей могут быть составлены в последовательных и/или параллельных схемах. Неуправляекые пороговые переключатели благодаря использованию магнитных материалов с определенной остаточной магнитной индукцией обладают такими же хорошими стабильными свойствами. Структуры элементов по сравнению с известными вариантами решений пока зывают стабильность и воспроизводимость . При приложении магнитного поля противоположной полярности, к уже при ложенному полю переключательные элементы такого рода по причине компенсации полей могут &ить переведены из включенного состояния в выключенное. Тем самым является возможность использования отрицательной логики. формула изобретения 1 . Управляемый магнитным полем пороговый переключатель из аморфного полупроводникого материала со скачкообразной характеристикой проводимости, который расположен между нижним и верхним магнитными слоям и в котором под воздействием магнитного поля в аксиальном и/или латеральном направлениях осуществляется бесконтактный процесс переключения, отличающийся тем, что магнитные нижний и верхний слои выполнены в. виде магнитных нижнего и верхнего электродов с магнитострикционными свойствами и охватывают . аморфный полупроводниковый материал. 2. Переключатель по п.1, о Тличающийся тем, что для улучшения переключательных свойств. в изоляционном слое расположен ме- . таллический магнитный или немагнитный промежуточный слой. 3. Переключатель по п.1, отличающийся тем, что переключателы «й элемент состоит из последовательного и/или параллельного соединения отдельных пороговых переключателей.

в Фиг1

Фиг.З