AT202645B - Elektrisches Halbleitergerät - Google Patents

Elektrisches Halbleitergerät

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AT202645B
AT202645B AT474054A AT474054A AT202645B AT 202645 B AT202645 B AT 202645B AT 474054 A AT474054 A AT 474054A AT 474054 A AT474054 A AT 474054A AT 202645 B AT202645 B AT 202645B
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semiconductor
electrode
electrical
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Herbert Dr Weis
Heinrich Dr Welker
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Siemens Ag
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Description


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  Elektrisches   Halbleitergerät     Es sind Halbleitergeräte bekanntgeworden, die auf der Änderung des elektrischen Widerstandes beruhen, den ein Halbleiterkörper unter der Wirkung eines Magnetfeldes erfährt, und bei denen als Halbleiterkörper eine halbleitende Verbindung mit einer \rägerbeweglichkeit von mindestens 6000 cm/Vsec vorgesehen ist. 



  Gegenstand der Erfindung ist ein elektrisches Halbleitergerät der vorgenannten Art, bei dem durch geeignete geometrische Dimensionierung des Halbleiterkörpers eine wesentliche Erhöhung der magnetischen Widerstandsänderung erreicht ist, u. zw. dadurch, dass zur Unterdrückung der Ausbildung eines Hallfeldes der Elektrodenabstand kleiner ist als die Ausdehnung des Halbleiterkörpers normal zur Richtung des Primärstromes und des Magnetfeldes. 



  Die physikalischen Grundlagen, auf denen die vorliegende Erfindung beruht, zeigen die nachfolgenden Betrachtungen. 



  Wird ein stabförmiger Leiter in seiner Längsrichtung von einem elektrischen Strom durchflossen, so haben die elektrischen Stromlinien den. in Fig. la dargestellten Verlauf, d. h. der Stromdurchfluss erfolgt so, dass die Strombahnen kürzeste Wege von Elektrode zu Elektrode sind und somit der Leiter den kleinstmöglichen Widerstand annimmt. Wird senkrecht zur Zeichenebene ein Magnetfeld, - dessen Durchstosspunkte in Fig. Ib durch (D angedeutet sind - eingeschaltet, so erfolgt zunächst eine Ablenkung der Ladungsträger senkrecht zu den Stromlinien und zum Magnetfeld. Dies führt zu einer elektrischen Aufladung der beiden in der Ablenkrichtung liegenden Oberflächen. Das hiedurch gebildete elektrische Feld bezeichnet man als Hallfeld, die zugehörige elektrische Querspannung als Hallspannung.

   Im stationären Zustand ist das Hallfeld gerade so gross, dass es die magnetische Kraft auf die Ladungsträger kompensiert. 



  Aus diesem Grunde haben bei einem Leiter- bzw. Halbleiterkörper von der Form nach Fig. 1 die Stromlinien mit Magnetfeld (Fig. Ib) denselben Verlauf wie ohne Magnetfeld (Fig. la). Trotzdem wird durch das Magnetfeld der Widerstand des Leiters bzw. Halbleiters erhöht. Dies beruht darauf, dass im Magnetfeld. die Beweglichkeit der Ladungsträger kleiner ist als ohne Magnetfeld. Dieser Effekt wird allgemein als "magnetische Widerstandsänderung"bezeichnet. 



  Die Widerstandsänderung im Magnetfeld lässt sich erfindungsgemäss über den vorgenannten Effekt hinaus durch entsprechende Formgebung des Halbleiters vergrössern. Dies tritt dann ein, wenn die Ausbildung des Hallfeldes unterdrückt wird, so dass eine Ablenkung der Strombahnen eintritt. Ein solcher Fall wird an Hand der Fig. 2 erläutert. Ein quaderförmiger Halbleiter ist an zwei gegenüberliegenden Flächen mit Flächenelektroden versehen. Die Ausdehnung senkrecht zur Zeichenebene ist für den Effekt ohne Belang, wesentlich ist nur, dass der Abstand der Elektroden kleiner ist als deren Länge bzw. als jene des Halbleiterkörpers in der Zeichenebene. Wird an die Elektroden ein elektrisches Feld gelegt, so nehmen die sich ausbildenden Strombahnen den kürzesten Weg zwischen den beiden Elektroden ein (Fig. 2a). 



  Schaltet man aber senkrecht zur Zeichenebene ein Magnetfeld-dessen Durchstosspunkte in Fig. 2b mit 0 angedeutet sind-ein, so kann die Hallspannung die magnetischen Kräfte auf die Strombahnenim Gegensatz zu den Verhältnissen bei Fig, 1 - nicht mehr kompensieren. Die Strombahnen mit Magnetfeld (Fig. 2b) werden daher gegenüber ihrem Verlauf ohne Magnetfeld (Fig. 2a) um den Winkel 6, den   

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 sogenannten Hallwinkel, gedreht. Dies hat zur Fulge, dass die Strombahnen nicht mehr die kürzesten Verbindungen zwischen den Elektroden darstellen.

   Neben der dadurch verursachten Vergrösserung der Widerstandsänderung im Magnetfeld durch die   Strombahnverlängerunj   tritt eine zusätzliche Vergrösserung dadurch ein, dass nun die Abstände zwischen den Strombahnen kleiner sind, was gleichbedeutend ist mit einer Erhöhung der Stromdichte und somit des Widerstandes. Auch diese Zusammendrängung der Strombahnen ist als eine Änderung von diesen im Sinne der Erfindung anzusehen. 



   Bei Leitern und Halbleitern mit mittlerer und kleiner Trägerbeweglichkeit ist auch unter Zuhilfenahme dieses Effektes die magnetische   Widerstandsänderu. 1g   immer noch so gering, dass sie im allge-   meinen für eine technische Anwendung unzureichend ist. Anders dagegen bei Halblelterkörpern mit einer Trägerbeweglichkeit von etwa 6000 cm2/Vsec, vorzugsweise aber von 10000 cm/Vsec und grösser. Bei   diesen Materialien ist die Verlagerung der Strombahnen im Magnetfeld so gross, dass sie praktisch in Erscheinung tritt. So ist es möglich, Widerstandsänderungen zu erreichen, die die bisher bei Wismut bekannten Werte weit übertreffen.

   In Fig. 3 werden die gemessenen Widerstandsänderungen in einem Magnetfeld von 10000 Gauss bei Wismut (Bi), Germanium (Ge) und Indiumantimonid (In Sb),   gegenüberge-   stellt, bezüglich des letzteren hinsichtlich der Abhängigkeit von der geometrischen Form und der Lage im Magnetfeld der verwendeten    InSb-Körper. Und zwar   entspricht die Kurve a einer Anordnung des Halbleiterkörpers im Magnetfeld gemäss Fig. 2   (10 X 3 X 0, 5 mm),   die Kurve b einer quadratischen Platte   " (8 X   8 X 0,5 mm) und die Kurve c einem Stab gemäss der Fig.   l.   



   Die Anordnung nach Fig. 2 hat einen verhältnismässig kleinen Widerstand, der vor allem bei niederohmigen Halbleitermaterialien,   z. B.   bei InSb, für manche Anwendungen unerwünscht sein kann. 



  Dem kann durch die Hintereinanderschaltung einer Anzahl solcher Kristalle begegnet werden. Die glei- che Wirkung erzielt man dadurch, dass man, wie in Fig. 4 dargestellt, auf eine Halbleiterplatte, an deren Schmalseite die Elektroden angebracht sind, leitende Streifen parallel zu den Elektroden aufbringt u. zw. durch Auflöten dünner Drähte oder durch Aufstreichen bzw. Aufdampfen von leitendem Material mit Rastern. Dabei muss der Abstand der Streifen grösser als die Ausdehnung der Platte senkrecht zur Zeichenebene sein. 



   Die Anordnung nach Fig. 4 ist einer Hintereinanderschaltung mehrerer getrennter Halbleiterkörper von der Art der Fig. 2 dadurch überlegen, dass sie weniger Raum in Anspruch nimmt und damit die Ver- wendung von Magnetfeldern geringer räumlicher Ausdehnung ermöglicht. 



   Bei der Anordnung nach Fig. 2 sind   Randstörungen   möglich, die'dadurch bedingt sind, dass in der Nähe der elektrodenfreien Oberflächen die Strombahnen auch im Magnetfeld annähernd parallel zur Oberfläche verlaufen müssen. Solche Randstörungen werden vermieden, wenn man, wie in Fig. 5 dargestellt, als Halbleiterkörper eine kreisförmige Scheibe verwendet, die von der einen Elektrode ganz umgeben ist, während die zweite in der Mitte der Scheibe angebracht ist. Halbleiterscheiben dieser Form sind unter der   Bezeichnung"Corbinoscheibe"schon   bekanntgeworden. Sie erfüllen die Bedingungen der
Erfindung in besonderem   Masse-Grenzfall   mit verschwindendem   Hallfeld - und   erlangen erst im Zusammenhang mit dieser eine technische Bedeutung.

   Es ist nicht unbedingt notwendig, dass die Scheibe kreisförmig ist. Wegen des Wegfallens der Randstörungen ist bei dieser Anordnung die Widerstandsänderung im Magnetfeld besonders gross. Der Stromlinienverlauf ohne Magnetfeld wird in Fig. 5a, derjenige mit Magnetfeld in Fig. 5b angedeutet. Zur Erzielung eines hohen Gesamtwiderstandes wird die Innenelektrode als Punktkontakt ausgestaltet. Der Punktkontakt ist dadurch definiert, dass das Verhältnis Radius   derAussenelektrode   zu Radius der Innenelektrode mindestens gleich 10 oder grösser ist. Der Widerstand der Anordnung ist gegeben durch die Formel 
 EMI2.1 
 Hierin ist p der spezifische Widerstand, d die Dicke des Halbleiterkristalls,   R   der Radius der Aussenelektrode und R2 der Radius der Innenelektrode. 



   Bei der Anwendung der Erfindung wird ein Punktkontakt bevorzugt, welcher in der folgenden Weise hergestellt ist. Der Kristall wird mit einer kleinen Bohrung versehen und in diese Bohrung ein Metalldraht, der den Kristall ganz durchquert, eingelötet (Fig. 6). Diese Anordnung hat gegenüber der in Fig. 7 dargestellten Anordnung, in welcher lediglich ein oberflächlicher Punktkontakt vorgesehen ist, den Vorteil, dass von vornherein die Stromlinien in der Nähe des   Punktkontaktes   auf dem Magnetfeld senkrechtstehen und dadurch die Widerstandsänderung im Magnetfeld maximal gross wird. Weiterhin ist es möglich, an Stelle der die Scheibe umfassenden Aussenelektrode eine zweite Punktelektrode, wie in Fig. 7 dargestellt, oder auch mehrere Punkt-Elektroden-Paare anzubringen. 

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   Neben dem Vorteil einer hohen Widerstandsänderung und eines hohen absoluten Widerstandes hat eine derartige Anordnung auch den Vorteil einer   relativ hohen Strombelastbarkeit.   Die äusseren Teile des Halbleiterkristalls stellen eine relativ grosse   Kühlfläche   dar und tragen zur Ableitung der in der Nähe des Punktkontaktes entwickelten Wärme bei. 



   Bei der letztgenannten Anordnung ist es nicht nötig, dass sich der ganze Kristall im Magnetfeld befindet ; es   genügt,   wenn die Umgebung des Punktkontaktes, die den wesentlichen Beitrag zum Gesamtwiderstand liefert, dem Magnetfeld ausgesetzt ist, mit dem Vorteil, dass auch relativ kleine Magnetpolschuhe verwendet werden können. Daraus ergibt sich wiederum die Möglichkeit, die für den erwünschten Effekt wenig beitragenden äusseren Teile der Corbinoscheibe durch Bleche zu ersetzen, die dann als   "Kühlrippen" wirken   und deren Grösse entsprechend der   erforderlichen Wärmeabfuhr   gewählt werden kann. 



    PATENTANSPRÜCHE :    
1. Elektrisches. Halbleitergerät, das auf der Änderung des elektrischen Widerstandes beruht, den ein Halbleiterkorper unter der Wirkung eines Magnetfeldes erfährt, und bei dem als Halbleiterkörper eine halbleitende Verbindung mit einer Trägerbeweglichkeit von mindestens 6000   cm2 fVsec   vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur   Unt3rdrückung   der Ausbildung eines Hallfeldes der Elektrodenabstand kleiner ist als die Ausdehnung des Halbleiterkörpers normal zur Richtung des Primärstromes und des Magnetfeldes.

Claims (1)

  1. 2. Elektrisches Halbleitergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterkörper als Platte oder Scheibe, vorzugsweise als kreisförmige Scheibe (Corbinoscheibe) ausgebildet ist (Fig. 2 bzw. 5).
    3. Elektrisches Halbleitergerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Elektrode des Halbleiters die ganze Scheibe umfasst und die zweite Elektrode in der Mitte der Scheibe aufgebracht ist, vorzugsweise als Punktkontakt von möglichst kleiner Ausdehnung (Fig. 7).
    4. Elektrisches Halbleitergerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Elektrode als möglichst dünner Draht die Mitte der Halbleiterscheibe durchsetzt (Fig. 6).
    5. Elektrisches Halbleitergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Halbleiterkörper mehrere Elektrodenpaare vorgesehen sind.
    6. Elektrisches Halbleitergerät nach einem der Ansprüche 1, 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Elektroden als Punktelektroden ausgebildet sind.
    7. Elektrisches Halbleitergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Halbleiterkörper hintereinandergeschaltet sind.
    8. Elektrisches Halbleitergerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein zusammenhängender Halbleiterkörper verwendet ist und die Reihenschaltung der Wirkungsweise nach durch quer zur Stromrichtung verlaufende leitende Belegungen, vorzugsweise in Gestalt von aufgelöteten Drähten oder durch Aufdampfen von leitenden Schichten mit Hilfe von Rastern, bewirkt ist (Fig. 4).
AT474054A 1953-11-21 1954-08-24 Elektrisches Halbleitergerät AT202645B (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1292233B (de) * 1959-11-19 1969-04-10 Cosmocord Ltd Waltham Cross Magnetfeldabhaengiger Widerstand in Form einer Corbino-Scheibe

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1292233B (de) * 1959-11-19 1969-04-10 Cosmocord Ltd Waltham Cross Magnetfeldabhaengiger Widerstand in Form einer Corbino-Scheibe

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