Магниторезистор Советский патент 1982 года по МПК G01R33/95 

Изобретение относится к магнитным измерениям и может быть использовано в магнитоизмерительных устройствах, использующих в качестве первичного преобразователя магнито- . резисторы.

Известен магниторезистор, выполненный в виде меандра из эвтектического сплава InSb-NiSb 1.

Однако размеры данного меандра (ширина полосы меандра) должна быть не менее 100 мкм, иначе эффект закорачивания ЭДС Холла снижается и магниторезистивное отношение дг/Гд уменьшается : дг - приращение сопротивления датчика в магнитном поле; PQ- начальное сопротивление магниторезистора, из-за этого нельзя повысить значение начального сопротивления магниторезистора путем уменьшения площади поперечного сечения полосы меандра, что особенно необходимо для датчиков, изготовленных из сильнолегированных материалов;

кроме того, эффект закорачивания игг лами NiSb в InSb холловской ЭДС в сильнолегированных полупроводниковых материалах падает в связи с тем, что электропроводность и электропроводность сильнолегированных полупроводниковых материалов соизмеримы.

Известен также магниторезистор, выполненный в виде полосы с поперечными токопроводящими покрытиями, имеющей вырезанные умёстки 2.

Недостатком известного магнитопровода является низкая чувствительность, обусловленная низким начальным сопротивлением, достигающим в лучшем случае 10 Ом; невозможностью использовать в качестве исходного материала магниторезистора среднеи сильнолегированные полупроводнико вые материалы, так как эффективность закорачивания поперечными токопроводящими полосками падает, а значит магниторезистивный эффет проявляет39ся слабо.и, как следствие этого, чувствительность магниторезистора не высока; кроме того, поперечная токопроводящая полоска нанесена и расположена между лицевыми поверхностями пластины магниторезистора, в результате этого закорачиваются холловские ЭДС в средних точках противоположных боковых граней, а холловские ЭДС, возникающие в областях на боковых гранях вблизи лицевых поверхностей пластины магниторезистора, не закорачиваются, поле Хол ла не подавляется, а значит эффект закорачивания проявляется слабо. Цель изобретения - повышение чувствительности. Поставленная цель достигается тем, что в магниторезисторе, выполненном в виде полосы с поперечными токопроводящими покрытиями, имеющей вырезанные участки, токопроводящее покрытие нанесено на кромки вырезов, верхние и боковые грани невырезанных участков полосы, а в вырезанных участ ках полосы выполнены сквозные отверстия. Кроме того, каждое второе сквозное отверстие выполнено размещенным частично в основании вырезов, а частично не в вырезном участке полосы, поло са выполнена в виде меандра. На фиг. 1 изображен магниторезистор, часть; на фиг. 2 - магниторезис тор в виде меандра; на фиг. 3- сторона полосы меандра, часть,эквивалент ная схема. Часть магниторезистора (фиг, 1) содержит полосу 1, одинаковые участ ки 2 и 3 которой имеют токопроводяще покрытие 4, участки 5, имеющие вырезы 6 на поверхности полосы 1 токопроводящие покрытия k нанесены на кромки 7 вырезов 6, верхние и боковы грани 8 и 9 невырезанных участков 10, сквозные отверстия 11, каждое вт рое сквозное отверстие 12 выполнено размещенным частично в основании выр 33 6, а частично в невырезанном участке 10 полосы 1. На эквивалентной схеме части стороны полосы меандра (фиг. 3) изображены ЭДС 13-16, возникающие на участках 5 без и со скво ным отверстием 11 и на участках 2 и 3, эквивалентное сопротивление 17 участка 10. Магниторезистор работает следующим образом. 4 При отсутствии магнитного поля магнитная индукция , рабочий ток I магниторезистора создает на участке 5 с вырезом 6 и на участке 5 с вырезом 6 и со сквозным отверстием 11, а также на участке 10 с поперечным токопроводящим покрытием и со сквозным отверстием 12 и без него соответственно U,,; U,; U,; П. Значения упомянутых напряжении в общем виде можно определить из следующего соотношения. UK-I RK г где падение напряжения на к-ом участке; 3 - рабочий ток магниторезистора;R((- сопротивление к-ого участка магниторезистора. Поэтому для раскрытия сущности предлагаемого магниторезистора необходимо отметить соотношение значений сопротивлений R участка 5 с вырезом 6 и сопротивления К дучастка tO с поперечным токопроводящим покрытием, которые соответственно определяются выражениями % %о+ 5Б, R,...n./Rnn,, где Rg- сопротивление участка 5; Rjg- сопротивление участка 10; сопротивление учасика 5 без скгвозного отверстия; RC-- сопротивление участка 5 со сквозным отверстием; т. сопротивление поперечного токопроводящего покрытия А; T-fo - сопротивление полупроводникового материала участка 10. Анализируя выражения (2) и (З) и учитывая конструктивное выполнение участков 5 и 10 и поперечного токопроводящего покрытия «I следует, что достигается соотношение что и является основой повышения начального сопротивления магниторезистора , за счет которого одновременно можно достигнуть и увеличения чувствительности магниторезистора, регулируя отношение Р/и (длины к ширине участка). Или интерпретируя вышеуказанное по-другому, следует

добиваться UK (падения напряжения) «Их (холловской ЭДС), возникающих на боковых гранях полосы 1.

Действительно, при воздействии магнитного поля, , на боковых гранях полосы 1 всех участков 5 и 10 возникают соответственно четыре холловских ЭДС (см, фиг. 3) - (: Ц(; Ux 13-l6 соответственно. Однако, благодаря наличию поперечного токопроводящего покрытия 4 на участке 10, изображенного на фиг.З, как сопротивление 17 нагрузки R, все холловские ЭДС шунтируются эгим сопротивлением R 17, через

i.

которое и текут токи 1„, i

Ху

1x4, создаваемые упомянутыми выше холловскими ЭДС. При этом магниторезистивный эффект описывается следующим выражением

/V.

1 V 1

и.. +U.. . 4 о

1 1 Ъ 4

. .

t т- RV в- J+ R. BD+ f- h X 1i X -h, X ун

iR.

.

IX

(4) f-iR,

H

де tge

-тангенс угла Холла для магниторезистора 1 ;

tg6

-тангенс угла Холла в случае отсутствия сквозных отверстий 11 и 12 и вырезов 6 в магниторезисторах;

K,.%

холловские ЭДС, воз- никающие на участках;

-участок 5 с вырезом 6;

Ux,

-участок 5 с вырезом 6 со x, сквозным отверстием 11;

и

-участок 10 с поперечным

X3 токопроводящим покрытием 4 и сквозным отверстием 12 (участок 2) ;

и

-участок 10 с поперечным

X4 токопроводящим покрытием k (участок 3) ,

RX

-постоянная Холла;

bi

-высота участков, имеющих вырез 6;

h2

-высота участка 10J

RH

- шунтирующее сопротивление, создаваемое, поперечным netкрытием , Д - рабочий ток магниторезистора;

дс - подвижность носителей тока ;

В магнитная индукция. Таким образом, магниторезистивный эффект, благодаря конструктивным изменениям в магниторезисторе, а именно наличию выреза 6, сквозного отверстия 11 , расположенного на дне выреза 6, сквозного отверстия 12, расположенного .частично на участке 5 с вырезом 6, а частично на участке 10, а также конструктивному выполнению поперечного токопроводящего покрытия k и оптимальному выполнению полосы в виде меандра, возрастает в 3 раза. В такое же количество раз возрастает чувствительность магниторезистора.

Формула изобретения

1. Магниторезистор, выполненный в виде полосы с поперечными токопроводящими покрытиями, имеющей вырезанные участки, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что, с целью повышения чувствительности, токопроводящее покрытие нанесено .на кромки вырезов, верхние и боковые грани невырезанных участков полосы, а в вырезанных участках полосы выполнены сквозные отверстия.

2. Магниторезистор по п. 1, о тличающий.ся тем, что каждое второе сквозное отверстие выполнено размещенным частично в основании выреза, а частично не в выре занном участке полосы.

3- Магниторезистор по пп.1 и 2, отличающийся тем, что полоса выполнена в виде меандра.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1 Вайсе Г. Физика гальваномагнитных полупроводниковых приборов и их применение. М., Энергия, с. , рис. 2-3-5.

2. Богомолов В. Н. Устройства с датчиками Холла и датчиками магнитосопротивления. М.-Л., Энергия, 1961, с. 49, рис. 15.