Датчик градиента магнитного поля Советский патент 1982 года по МПК G01R33/22 

Изобретение относится к датчикам, работа которых основана на эффекте Холла и которые могут быть использованы в измерительной технике, автоматике, электронике для определения градиента магнитного поля или величины его индукции.

Известен датчик магнитного поля, выполненный на основе эффекта Холла, который содержит пленку арсенида индия, размещенную на подложке из окиси бериллия. В твердом виде окись бериллия: обладает высоким коэффициентом теплопроводности, благодаря чему подложка хорошо отводит тепло, рассеиваемое в холловской пластине.На верхнюю поверхность по-, лупроводника нанесен слой силиконовой смазки с диспергированной пудрой окиси бериллия l .

Недостатками этого датчика являются низкая надежность работы датчика (из-за различия температурных коэффициентов линейного расширения пленки и подложки и надежного сцепления между ними), а также большая погрешность измерения гра.циента магнитного поля (из-за плохой воспроизводимости характеристик напыляемых пленок и не.равномерного теплоотвода от верхнеи нижней поверхностей датчика, обладающих различной теплоемкостью , что приводит к ограничению применения датчика.

Известен также датчик градиента магнитного поля, содержащий две идентичные полупроводниковые пластины с xoллoвcки и и токовыми выводами,

10 расположенные параллельно 2.

Известный датчик позволяет повысить разрешающую способность определения градиента за счет небольшого расстоянря между пластинами, однако

15 точность определения градиента недостаточно высока из-за различных тепловых условий, в которых находится каждая пластина.

Цель изобретения - повышение точ20ности.

Поставленная цель достигается тем, что в датчик градиента магнитного поля, содержащий две идентичные параллельные полупроводниковые пластины

25 с xoллoвcJ ими и токовыми выводами, введены основание и корпус, выполненные из немагнитного теплопроводного материала, корпус выполнен в виде двух идентичных элементов, а основа30ние размещено между полупроводниковыми пластинами, каждая из которых расположена внутри соответствующего элемента корпуса и закреплена на оновании, при этом элементы корпуса и пластины размещены симметрично относительно основания.

Кроме того, пластины выполнены в виде гетероэпитаксиальных слоев, раположенных на полуизолирующей подлоке.

На чертеже представлена конструкция предлагаемого датчика.

Датчик включает две магниточувствительйые пластины 1 Холла, которые зеркально-симметрично закреплены на основании 2 - теплоотводе. Корпу выполнен из тонколистовой немагнитной нержавеющей стали в виде двух полуэлементов 3 и 4 и представляет собой зеркально-симметричную относительно основания 2 конструкцию и соединен с ним сваркой.

Обе пластины 1 Холла изготовленны групповым методом из одной и той же полупроводниковой гомо- или гетероэпитаксиальной структуры, например InAs-GciAs - тонкий слой аресёнида индия, выращенный на полуизолирующей подложке ареснида галлия, и благодаря этому обладают практически одинаковыми электрическими и геометрическими характеристиками, входное и выходное сопротивления, коэффициент Холла, толщина пленки и подложки и т.п.).

Датчик работает следующим образом.

При помещении датчика в магнитное поле с индукцией В и пропускании управляющего тока I через одну из пластин Холла возникает сигнал эффекта Холла

v k BI sin06,

где оС - угол между направлением магнитных силовых линий иплоскостью пластины Холла.

Поскольку вторая пластина Холла расположена зеркально-симметрично относительно первой пластины, магнитые силовые линии, пересекающие первую пластину, под тем же углом пересекают и вторую, в результате чего при пропускании такого же управляющего тока I через вторую пластину возникает сигнал

.iB3sino6.

Благодаря полной симметричности конструкции датчика обеспечиваются одинаковые условия теплоотвода в любом режиме от каждой из пластин I как в случае, когда на обе пластины 1 подано одинаковое управляющее напряжение, так и в случае, когда только одна из них находится под напряжением (например, когда одна

пластин - резервная). Благодаря тому, что обе пластины изготовлены из одной и той же полупроводниковой структуры, их эластические характеристики и геометрические размеры (толщины.пленок и подложек) практически одинаковы. Вследствии этого обеспечивается полная идентичность удельных магнитных чувствительностей обеих пластин I (К К2), а значит, и тождественность выходных сигналов

при измерениях магнитных полей, не

зависящих от координаты в направлении, перпендикулярном плоскости основания датчика. С другой стороны, если такая зависимость существует, то

5 благодаря идентичности измерительных характеристик обеих пластин 1 Холла можно существеннр расширить область применения датчика.

Изобретение позволяет приблизительно в 4 раза увеличить точность измерения градиента магнитного поля, прежде всего за счет полной идентичности электрических характеристик обеих пластин Холла, изготовленных групповым методом из одной и той же эпитаксиальной структуры, а также ввиду полной симметричности теплоотвода от обеих пластин Холла.

Формула изобретения

i. Датчик градиента магнитного поля, содержащий две идентичные параллельные полупроводниковые пластины с

холловскими и токовыми выводами, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены корпус и основание, выполненные из немагнитного теплопроводного материала, корпус выполнен в виде двух идентичных элементов, а основание размещено между полупроводниковыми пластинами, каждая из котррых расположена внутри соответствующёго элемента корпуса и закреплена на основании, при этом элементы корпуса и пластины размещены симметрично относительно основания.

2. Датчик ПОП.1, отличающийся -тем, что пластины выполнены в виде гетероэпитаксиальных слоев, расположенных на полуизолирующей подложке.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе 1.Recent Develop of НаВВ effect devices and app.ications (Денси Гдзюцусогс кэнкюсе).- BuCEetin of the

Etectrotechnica Eaboratory, 1977, V.37, 10, p.942. «

2. Кобус A. и Тушинский Я. Датчики Холла и магниторезисторы. rt., Энергия, 1971, с.219.