BG109950A

BG109950A - Magnetotransistor

Info

Publication number: BG109950A
Application number: BG109950A
Authority: BG
Original assignee: Институт По Управление И Системни Изследвания При Бан
Priority date: 2007-09-10
Filing date: 2007-09-10
Publication date: 2009-03-31
Also published as: BG65969B1

Abstract

The magnetotransistor comprises a mixed-conductivity-type semiconductor pad (1), on one side of which there are formed an emitter (2) with a ring (3) surrounding it. Symmetrically to them, consecutively and at a distance from one another, there are arranged bases (4 and 5) and respectively collectors (6 and 7), the collectors (6 and 7) being located sufficiently close to the bases (4 and 5) and having an area smaller than that of the emitter (2). The bases (4 and 5) are joined and, through a first current source (8), they are connected to the emitter (2) so that it is switched on in the right direction. The collectors (6 and 7), through resistors (9 and 10) of the same value and a second current source (11), are switched on in the opposite direction to the bases (4 and 5). The magnetic field (12) is applied perpendicular to the cross-section of the pad (1), the two collectors (6 and 7) being the output (13).

Description

ОБЛАСТ НА ТЕХНИКАТАTECHNICAL FIELD

Изобретението се отнася до магнитотранзистор, приложимо в областта на сензорната електроника, микросистемите, енергетиката, безконтактната автоматика, контролно-измервателната технология и слабополевата магнитометрия, системите за управление, автомобилостроенето, медицината, позиционирането на обекти в пространството, военното дело и др.The invention relates to a magnetotransistor applicable in the field of sensor electronics, microsystems, energy, contactless automation, control technology and low-field magnetometry, control systems, automotive engineering, medicine, positioning of objects in space, military affairs, etc.

• ·· · ft ft * ft · ft ft · ft ft · · ft ·«· ft ft ft ft ft · ft ft • ft ·· ·· ·· ·• · · · ft ft * ft · ft ft · ft ft · · ft · «· ft ft ft ft ft · ft ft • ft ·· ·· ·· ·

ПРЕДШЕСТВАЩО СЪСТОЯНИЕ HA ТЕХНИКАТАBACKGROUND OF THE INVENTION

Известен е магнитотранзистор, съдържащ полупроводникова подложка с примесен тип проводимост, върху едната страна на която са формирани емитер, симетрично на него и последователно на разстояния един от друг по един колектор и съответно по една база като всичките са с правоъгълна форма и са успоредни на дългите си страни. Двете бази са съединени непосредствено и през първи токоизточник са свързани с емитера така, че той да е включен в права посока. Двата колектора съответно през еднакви по стойност резистори и втори токоизточник са включени в обратна посока към двете бази. Външното магнитно поле е приложено перпендикулярно на напречното сечение на подложката и успоредно на дългите страни на емитера, колекторите и базите, а изходът са двата колектора, [1,2].A magnetotransistor containing a semiconductor substrate of impurity type is known, on one side of which an emitter is formed, symmetrically on it and successively at distances from one to one collector and respectively at one base, all of which are rectangular and parallel to the long ones. its sides. The two bases are connected directly and in the first source are connected to the emitter so that it is connected in the right direction. The two collectors, respectively, through the same resistors and a second current source, are connected in the opposite direction to the two bases. The external magnetic field is applied perpendicular to the cross-section of the substrate and parallel to the long sides of the emitter, manifolds and bases, the output being the two manifolds, [1,2].

Недостатък на този магнитотранзистор е ниската чувствителност, тъй като ефектът на Хол (преобразувателният механизъм в този сензор), генериран в магнитно поле от токовете през двете бази е силно редуциран по причина на значителните по стойност колекторни токове.The disadvantage of this magnetotransistor is its low sensitivity, since the Hall effect (the conversion mechanism in this sensor) generated in the magnetic field by the currents through the two bases is greatly reduced due to the significant collector currents.

ТЕХНИЧЕСКА СЪЩНОСТ НА ИЗОБРЕТЕНИЕТОSUMMARY OF THE INVENTION

Задача на изобретението е да се създаде магнитотранзистор с повишена чувствителност.It is an object of the invention to provide an over-sensitive magnetotransistor.

Тази задача се решава с магнитотранзистор, съдържащ полупроводникова подложка с примесен тип проводимост, върху едната страна на която са формирани емитер, обграден с ринг, чиято проводимост е противоположна на емитера, симетрично на тях и последователно на разстояния един от друг по една база и съответно по един колектор, всичките са с правоъгълна форма и са успоредни на дългите си страни като колекторите са разположени достатъчно близко до базите и са с по-малка площ от тази на емитера. Двете бази са съединени непосредствено и през първи токоизточник са свързани с емитера така, че той да е включен в права посока. Двата колектора съответно през еднакви по стойност резистори и втори токоизточник са включени в обратна посока към базите. Външното магнитно поле е приложено перпендикулярно на напречното сечение на подложката и успоредно на дългите страни на емитера, ринга, базите и колекторите, а изходът са двата колектора.This problem is solved with a magnetotransistor containing a semiconductor substrate with a mixed type of conductivity, on one side of which is formed an emitter surrounded by a ring whose conductivity is opposite to the emitter, symmetrical to them and successively at distances from one another and respectively. one manifold, all are rectangular in shape and parallel to their long sides, the collectors being located close enough to the bases and having a smaller area than the emitter. The two bases are connected directly and in the first source are connected to the emitter so that it is connected in the right direction. The two collectors, respectively, through the same resistors and a second current source, are connected in the opposite direction to the bases. The external magnetic field is applied perpendicular to the cross-section of the substrate and parallel to the long sides of the emitter, ring, bases and collectors, the output being the two collectors.

Предимство на изобретението е високата магниточувствителност, вследствие силно редуцираните колекторни токове от местоположението и малката площ на колекторите, и от обграждащия емитера ринг. В резултат са повишени стойностите на двата тока през базите, генериращи ефекта на Хол доминиращият преобразувателен механизъм на сензора. Друго предимство е възможността за миниатюризация на магнитотранзистора, тъй като колекторите са извън областите между емитера и двете бази и са достатъчно близко до тях.An advantage of the invention is the high magnetic sensitivity due to the greatly reduced collector currents from the location and small area of the collectors and from the emitter ring. As a result, the values of the two currents across the bases are generated, generating the Hall effect of the dominant transducer mechanism of the sensor. Another advantage is the possibility of miniaturization of the magnetotransistor, since the collectors are outside the regions between the emitter and the two bases and are close enough to them.

ОПИСАНИЕ НА ПРИЛОЖЕНАТА ФИГУРАDESCRIPTION OF THE ATTACHED FIGURE

По-подробно изобретението се пояснява с приложената Фигура 1, представляваща едно негово примерно изпълнение.The invention is illustrated in more detail with the accompanying Figure 1, which is an exemplary embodiment thereof.

ПРИМЕРИ ЗА ИЗПЪЛНЕНИЕ НА ИЗОБРЕТЕНИЕТОEXAMPLES FOR THE IMPLEMENTATION OF THE INVENTION

Магнитотранзисторът съдържа полупроводникова подложка 1 с примесен тип проводимост, върху едната страна на която са формирани емитер 2, обграден с ринг 3, чиято проводимост е противоположна на емитера 2, симетрично на тях и последователно на разстояния един от друг по една база 4 и 5 и съответно по един колектор 6 и 7, всичките са с правоъгълна форма и са успоредни на дългите си страни като колекторите 6 и 7 са разположени достатъчно близко до бази 4 и 5 и са с по-малка площ от тази на емитера 2. Двете бази 4 и 5 са съединени непосредствено и през първи токоизточник 8 са свързани с емитера 2 така, че той да е включен в права посока. Двата колектора 6 и 7 съответно през еднакви по стойност резистори 9 и 10 и втори токоизточник 11 са включени в обратна посока към базите 4 и 5. Външното магнитно поле 12 е приложено перпендикулярно на напречното сечение на подложката 1 и успоредно на дългите страни на емитера 2, ринга 3, базите 4 и 5 и колекторите 6 и 7, а изходът 13 са двата колектора 6 и 7.The magnetotransistor comprises a semiconductor substrate 1 having a mixed type of conductivity, on one side of which an emitter 2 is formed, surrounded by a ring 3 whose conductivity is opposite to the emitter 2, symmetrically thereto and successively at distances 4 and 5 from each other, and respectively, one manifold 6 and 7, all are rectangular and parallel to their long sides, the manifolds 6 and 7 being located close enough to the bases 4 and 5 and having a smaller area than the emitter 2. Both bases 4 and 5 are connected directly and in the first paragraph the source 8 are connected to the emitter 2 so that it is connected in the right direction. The two collectors 6 and 7, respectively, through the same resistors 9 and 10 and the second current source 11 are connected in the opposite direction to the bases 4 and 5. The external magnetic field 12 is applied perpendicular to the cross-section of the substrate 1 and parallel to the long sides of the emitter 2 , ring 3, bases 4 and 5 and manifolds 6 and 7, and output 13 are the two manifolds 6 and 7.

Действието на магнитотранзистора, съгласно изобретението, е следното. При включване на първия токоизточник 8 възниква инжекция от емитера 2 в базовата област на биполярния магнитотранзистор с напречно сечение, представено на Фигура 1. Вследствие на структурната симетрия на този сензор спрямо включения в права посока емитер 2, инжектираните неосновни и неравновесни носители се разделят на две равни компоненти /₂₎₄ ⁼ Λ,5 към бази 4 и 5. Предназначението на обграждащия емитера 2 ринг 3 е да ограничи страничната инжекция от неосновните носители. При това емитерният ток /₂първоначално се насочва вертикално надолу в подложката 1, след което се разделя на компонентите 1_2А и /_2;5. В резултат дължината на токовите линии /_2;6 и /_2;7 в посока към колекторите 6 и 7 нараства, което по същество увеличава ефективната базова ширина 1Г_2>6 = FF_2j7 на магнитотранзистора. Освен това рингът 3 редуцира влиянието на разсейването на носителите от изобилстващите приповърхностни дефекти, което повишава подвижността им.The action of the magnetotransistor according to the invention is as follows. When the first source 8 is switched on, an injection from the emitter 2 occurs in the base region of the cross-section bipolar magnetotransistor presented in Figure 1. Due to the structural symmetry of this sensor with the emitter 2 involved in the right direction, the injected non-basic and non-equilibrium carriers are separated. equal components / _{2) 4} ⁼ Λ, 5 to bases 4 and 5. The purpose of the ring 2 emitter 2 is to limit the side injection from non-basic carriers. In this case, the emitter current / _{2 is} initially directed vertically down into the support 1, and then divided into components 1 _2A and / _{2; 5} . As a result, the length of the current lines / _{2; 6} and / _{2; 7} in the direction of the collectors 6 and 7 increases, which essentially increases the effective reference width 1G _{2> 6} = FF _2j 7 of the magnetotransistor. In addition, Ring 3 reduces the influence of carrier scattering on abundant surface defects, which increases their mobility.

За неутрализиране електрическия товар на допълнителните неосновни носители в подложката 1, от бази 4 и 5 и първия токоизточник 8 в базовата област постъпват основни неравновесни носители. Същевременно двата колектора 6 и 7 чрез втория токоизточник 11 осъществяват екстракция на инжектирани от емитера 2 неосновни носители. Тъй като колекторите 6 и 7 са с по-малка площ от тази на емитера 2 и са разположени достатъчно близко до двете бази 4 и 5, и то от външните им страни, само малка част от инжектираните носители формират обратните колекторни токове /₆(0) и /₇(0). Това означава, че магнитотранзисторът е с твърде ниска стойност на коефициент на предаване по ток α, а < 1. (В стандартните биполярни транзистори този коефициент е α ~ 1). Всички останали неравновесни токонисители (електрони и дупки) рекомбинират в подложката 1 на магнитотранзистора. Следователно поради нетрадиционно избраната позиция на колектори 6 и 7 да са в „сянка” от бази 4 и 5 за инжекцията наляво и надясно от • ft····· · емитера 2 както и малката им площ, значителна част от емитерния ток Z₂ поражда равни по стойност компоненти Ц = Z₅ от основни носители през базите 4 и 5.To neutralize the electrical load of the additional non-basic carriers in the substrate 1, basic non-equilibrium carriers arrive from the bases 4 and 5 and the first current source 8 in the base region. At the same time, the two collectors 6 and 7, through the second current source 11, perform extraction of non-basic carriers injected by the emitter 2. Since the collectors 6 and 7 have a smaller area than the emitter 2 and are located close enough to the two bases 4 and 5 on the outside, only a small fraction of the injected carriers form the reverse collector currents / ₆ (0 ) and / ₇ (0). This means that the magnetotransistor has a too low value of the current transfer coefficient α, a <1. (In standard bipolar transistors this coefficient is α ~ 1). All other non-equilibrium current carriers (electrons and holes) are recombined in the transistor substrate 1. Therefore, due to the unconventionally selected position of the collectors 6 and 7, they are in the "shadow" of the bases 4 and 5 for injection to the left and to the right of • ft ····· · emitter 2 as well as their small area, a significant part of the emitter current Z ₂ generates equal values of components C = Z ₅ from the main carriers through the bases 4 and 5.

Токовете Ц и /₅ са с повишена дрейфова скорост K_dr в сравнение с известното техническо решение и поддържат електронеутралността в полупроводниковата подложка 1.The currents C and / ₅ have an increased drift velocity K _dr compared to the known technical solution and maintain electroneutrality in the semiconductor substrate 1.

Прилагането на външно магнитно поле В 12, перпендикулярно на напречното сечение на полупроводниковата структура 1, чрез силата на Лоренц Fl ⁼ qVdjB отклонява едновременно електроните и дупките или към горната страна на подложката 1, където са контакти 2, 4, 5, 6 и 7, или в противоположна посока - към обема, като q е товарът на движещия се електрон или дупка, а K_dr е техната дрейфова скорост, определена от електричните полета на базови токове Д и Д. Именно основните носители Z₄ и Z₅ генерират ефект на Хол върху горната повърхност на полупроводниковата подложка 1, в зоните около двата контакта 4 иThe application of an external magnetic field B 12 perpendicular to the cross-section of the semiconductor structure 1 by means of the Lorentz force Fl ⁼ qVdjB simultaneously deflects the electrons and holes or to the upper side of the substrate 1, where contacts 2, 4, 5, 6 and 7, or in the opposite direction to the volume, with q being the load of the moving electron or hole, and K _dr being their drift velocity, determined by the electric fields of base currents D and D. It is the main carriers Z ₄ and Z _{5 that} generate the Hall effect on the upper surface of the semiconductor floor ka 1 in the areas around the two contacts 4 and

5. Съответните електрични полета на Хол Ен4 и Е_Н5 оказват съществено влияние върху двата колекторни тока 1в(В) и 1у(В), тъй като колектори 6 и 7 са достатъчно близко до бази 4 и 5. Посоките на Холови полета £_Н4 и E_tti са такива, че в зависимост от ориентацията на външното магнитно поле В 12, токът например на колектор 6 нараства, а на колектор 7 намалява. Промяната в полярността на магнитното поле В 12 води до намаляване тока на колектор 6 и до нарастване тока на колектор 7. Важна особеност на този галваномагнитен механизъм е, че изменението на колекторните токове в магнитно поле В 12 е линейно, Z₆(5) ~ В и Z₇(Z?) ~ В. Именно това свойство определя значимостта за метрологията на магнитотранзисторите.5. The corresponding electric fields of Hall En4 and E _H5 have a significant influence on the two collector currents 1c (B) and 1y (B), since the collectors 6 and 7 are close enough to the bases 4 and 5. The directions of the Hall fields £ _H 4 and E _tti are such that, depending on the orientation of the external magnetic field B 12, the current of, for example, the collector 6 increases and the collector 7 decreases. The change in the polarity of the magnetic field B 12 leads to a decrease in the collector current 6 and an increase in the collector current 7. An important feature of this galvanic mechanism is that the change in the collector currents in the magnetic field B 12 is linear, Z ₆ (5) ~ B and Z ₇ (Z?) ~ B. It is this property that determines the importance for the metrology of the magnetotransistors.

Неочакваният положителен ефект на новото техническо решение, в сравнение с известния магнитотранзистор, водещ до значително повишаване на магниточувствителността е нестандартното разполагане на двата колектора 6 и 7. Те са извън зоните между емитера 2 и съответно бази 4 и 5, противно на общоутвърдената логика при реализирането на биполярни магнитотранзистори от латерален тип. Колекторите 6 и 7 са позиционирани достатъчно близко до бази 4 и 5, и са с по-малка площ от тази на емитера 2. Освен това чрез обграждащия емитера 2 ринг 3 се удължават токовите траектории към колектори 6 и 7. Това води както до по-голям рекомбинационен ток, така и до по-силното им отклонение от силата на Лоренц F_L. Тези иновативни елементи в конструкцията на магнитотранзистора повишават „сянката” за неосновните токоносители, формиращи колекторните токове Ц и Z₇. Доближаването на колектори 6 и 7 съответно до бази 4 и 5 се определя както от използваната технология на производство, така и от максимално избраната работна стойност на обратното колекторно напрежение, влияещо върху областта на пространствен товар и пробивното напрежение на колекторните р-п преходи 6 и 7.The unexpected positive effect of the new technical solution, compared to the known magnetotransistor, leading to a significant increase in the magnetic sensitivity is the non-standard arrangement of the two collectors 6 and 7. They are outside the zones between the emitter 2 and the bases 4 and 5 respectively, contrary to the common logic in the implementation of lateral-type bipolar magnetotransistors. The collectors 6 and 7 are positioned sufficiently close to the bases 4 and 5 and have a smaller area than the emitter 2. In addition, the current paths to the collectors 6 and 7 are extended by the encircling emitter 2 ring 3. the larger the recombination current and the greater the deviation from the Lorentz force F _L. These innovative elements in the design of the magnetotransistor increase the "shadow" for the non-basic carriers forming the collector currents C and Z ₇ . The approximation of the collectors 6 and 7 respectively to the bases 4 and 5 is determined both by the production technology used and by the maximum selected working value of the reverse collector voltage affecting the area of spatial load and the breakdown voltage of the collector junctions 6 and 7.

В резултат на новото техническо решение токовете Ц и Z₅ през бази 4 и 5 значително нарастват както и ефектът на Хол. Като следствие магнитното управление на колекторни токове 1₆(В) и IfB) е съществено повишено. Абсолютната и относителната токова чувствителност на магнитотранзистора съставляват съответно S& = (IfB) - Ι_Ί(Β))/ΛΒ и = (IfB) - Z₇(B)) - (/₆(0) - Z₇ (0))/ (JB(Z₆(0) + Z₇(0)), където (Z₆(5) - If В)) е токът през диференциалния изход 13, генериран за две стойности В\ и В₂ на магнитното поле В 12, АВ = Вг - В₂, a Z₆(0) и Z₇(0) са началните, без магнитно поле В = 0 токове на колектори 6 и 7. СъгласноAs a result of the new technical solution, the currents C and Z ₅ through bases 4 and 5 increase significantly as does the Hall effect. As a consequence, the magnetic control of the collector currents 1 ₆ (B) and IfB) is significantly increased. The absolute and relative current sensitivity of the magnetotransistor are respectively S & = (IfB) - Ι _Ί (Β)) / ΛΒ and = (IfB) - Z ₇ (B)) - (/ ₆ (0) - Z ₇ (0)) / (JB (Z ₆ (0) + Z ₇ (0)), where (Z ₆ (5) - If B)) is the current through the differential output 13 generated for two values B \ and B ₂ of the magnetic field B 12, AB = Br - B ₂ , and Z ₆ (0) and Z ₇ (0) are the initial, without magnetic field B = 0 currents of collectors 6 and 7. According to

1.1.

• · ··· ··«·«· · · ····· 9 9 · · ** · структурната симетрията на сензора е в сила Z₆(0) = /7(0). В нашия случай измененията Д(В) - /₆(0) и съответно Ι_Ί(Β) - /₇(0) на колекторни токове Ц и /₇ от повишената стойност на полетата на Хол Ε_Η4 и превъзхождат тези от известното решение. Същевременно началните колекторни токове /₆(0) и /₇(0) са редуцирани от нетрадиционното разположение на колектори 6 и 7 спрямо бази 4 и 5, малката им спрямо емитера 2 площ и ринга 3. Ето защо абсолютната и относителната токова магниточувствителност S\ и 5) се очакват да са повишени. Волтовата магниточувствителност като схемна характеристика на магнитотранзистора се определя от големината на двата колекторни резистора Rj 9 и R₂ 10. Съгласно знака на сигнала от изхода 13 може да се определи посоката на магнитното поле В 12.• The structural symmetry of the sensor is in force Z ₆ (0) = / 7 (0). In our case, the changes E (B) - / ₆ (0) and respectively Ι _Ί (Β) - / ₇ (0) of collector currents Ц and / ₇ from the increased value of Hall fields _{ЕΕ Η4} and exceed those of the known solution. At the same time, the initial collector currents / ₆ (0) and / ₇ (0) are reduced by the unconventional arrangement of the collectors 6 and 7 with respect to the bases 4 and 5, their small area with the emitter 2 and the ring 3. Therefore, the absolute and relative current magnetic sensitivity S \ and 5) are expected to be elevated. Voltage magnetosensitivity as a circuit characteristic of the magnetotransistor is determined by the magnitude of the two collector resistors Rj 9 and R ₂ 10. According to the sign of the output signal 13, the direction of the magnetic field B 12 can be determined.

Възможността за миниатюризиране на магнитотранзистора, съгласно изобретението, произтича едновременно от разполагането на колектори 6 и 7 извън зоните между емитера 2 и бази 4 и 5, намалявайки по този начин разстоянията Z_2;4 и Z_2;5 със собствения им размер Ц и Z₇, и необходимостта колекторите 6 и 7 да са достатъчно близко, от външната страна, на бази 4 и 5, както и да са с по-малки размери. Линейният размер на ринга 3 е несъществен и в първо приближение не променя сензорната дължина.The possibility of miniaturizing the magnetotransistor according to the invention arises simultaneously from the location of collectors 6 and 7 outside the zones between the emitters 2 and bases 4 and 5, thus reducing the distances Z _{2; 4} and Z _{2; 5} by their own dimensions C and Z ₇ , and the need for the collectors 6 and 7 to be sufficiently close on the outside to the bases 4 and 5 and to be smaller in size. The linear size of the ring 3 is insignificant and in the first approximation does not change the sensory length.

Неминуемият офсет (паразитното изходно напрежение на изхода 13 на магнитотранзистора в отсъствие на магнитно поле В 12) лесно може да да се компенсира чрез вариране стойността на единия от двата колекторни резистора 9 или 10. Друга възможност за компенсиране на офсета е чрез нискоомен тример, включен между двете бази 4 и 5, средната точка на който се свързва с първия токоизточник 8.The imminent offset (the parasitic output voltage at the output 13 of the magnetotransistor in the absence of a magnetic field B 12) can easily be compensated by varying the value of one of the two collector resistors 9 or 10. Another offset offset is via a low-voltage trimmer included between the two bases 4 and 5, the midpoint of which connects to the first source 8.

Резултатите със силициеви магнитотранзистори, чиято подложка 1 е с и-тип примесна проводимост, реализирани съгласно изобретението, показват съществено по-висока магниточувствителност, повече от 45 %, в сравнение с известното решение. Освен това общият линеен размер на магнитотранзистора е редуциран с около 20 %.The results with silicon magnetotransistors, whose substrate 1 has i-type impurity conductivity, realized according to the invention, show a substantially higher magnetic sensitivity, more than 45%, than the known solution. In addition, the total linear size of the magnetotransistor is reduced by about 20%.

Новият магнитотранзистор може да функционира и като линеен мултисензор за магнитно поле и температура. Линейният изход за температурата Т на околната среда е температурнозависимото напрежение на магнитотранзистора Е₂,₄.₅(7) емитер 2 - бази 4 и 5, когато първият токоизточник 8 е генератор на постоянен ток /₂ = const. Сигналът К_2>4-s(Z) се снема между емитера 2 и точката на свързване на бази 4 и 5. Другият, магниточувствителният, линеен изход 13 са колектори 6 и 7. Измерванията показват, че за стойности на магнитното поле В 12 до В < ± 0.6 Т двата изхода, в рамките на експерименталната точност, предоставят едновременно и независимо информация за два неелектрични параматъра - температурата Т на средата и стойността и посоката на магнитното поле В 12, т.е. магнитното поле В 12 не променя показанията на температурнозависимото напрежение K_2j4.₅(7). Ако се използва операционен усилвател с управляем коефициент на усилване, чийто основен вход е свързан с изхода 13 на магнитотранзистора, а на управляващия му, втори вход се подаде напрежението Г_{2 4}.₅(Т) се постига компенсация на неминуемото влияние на температурата Т върху магниточувствителността на сензора в широк интервал ΔΤ. Това решение се основава на постоянството на температурния коефициент на магниточувствителност Т.С. в силициевите биполярни магнитотранзистори, съставляващ Т.С. ~ - 0.4 % / °C в широк температурен диапазон. С пропорционално управление чрез напрежението ^2,4.5(/) на коефициента на усилване на операционния усилвател се осъществява пълната компенсация влиянието на температурата Т върху чувствителността на магнитотранзистора.The new magnetotransistor can also function as a linear multisensor for magnetic field and temperature. The linear output for ambient temperature T is the temperature-dependent voltage of the magnetotransistor E ₂ , ₄ . ₅ (7) emitter 2 - bases 4 and 5, when the first current source 8 is a direct current generator / ₂ = const. The signal K _2> 4-s (Z) is captured between the emitter 2 and the junction point of bases 4 and 5. The other, magnetic-sensitive, linear output 13 are collectors 6 and 7. Measurements show that for values of the magnetic field B 12 to B <± 0.6 T, the two outputs, within the limits of experimental accuracy, provide simultaneously and independently information about two non-electric parameters - the temperature T of the medium and the value and direction of the magnetic field B 12, i. the magnetic field B 12 does not change the readings of the temperature- _dependent voltage K _2j 4. ₅ (7). If an operational amplifier with a controlled gain is used, the main input of which is connected to the output 13 of the transistor and to its control, a second voltage D _{2 4} is applied to the input. ₅ (T) compensate for the inevitable influence of temperature T on the sensor's magnetic sensitivity over a wide interval ΔΤ. This decision is based on the constancy of the temperature coefficient of the magnetic sensitivity TS in the silicon bipolar magnetotransistors constituting the TS. ~ - 0.4% / ° C over a wide temperature range. By proportionally controlling the voltage ^ 2.4.5 (/) of the gain of the operational amplifier, the effect of temperature T on the sensitivity of the magnetotransistor is fully compensated.

Допълнителна възможност за повишаване чувствителността на новия сензор е използването на два продълговати феритни концентратори, увеличаващи плътността на магнитния поток В 12 в активната преобразувателна зона. Концентраторите могат да променят изходния сигнал 13 повече от 70-80 пъти, което прави тази система особено перспективна за военната област и сигурността, слабополевата магнитометрия и медицината. Повишаване на чувствителността може да се постигне също и чрез използване на криогенна среда, например течен азот, течен неон и др. При тези ниски температури подвижността μ на токоносителите нараства многократно. Това води до рязко увеличаване на дрейфовата скорост на електроните и дупките 7_dr = ^2,4.5, а от тук на отклоняващата сила на Лоренц F_L и на ефекта на Хол. В резултат съществено нараства магнитното управление на колекторните токове ЦВ) и Ιι(Β). Комбинацията от феритни концентратори и криогенна среда превръща магнитотранзистора в уникален измервателен инструмент с рекордно висока чувствителност.An additional possibility for increasing the sensitivity of the new sensor is the use of two elongated ferrite concentrators, which increase the density of the magnetic flux B 12 in the active conversion zone. Concentrators can change output 13 more than 70-80 times, making this system particularly promising for the military and security, low-field magnetometry and medicine. Sensitivity enhancement can also be achieved by using a cryogenic medium, for example liquid nitrogen, liquid neon, and the like. At these low temperatures, the mobility μ of the carriers increases many times. This leads to a sharp increase in the drift velocity of electrons and holes 7 _dr = ^ 2.4.5, and hence the Lorentz deflection force F _L and the Hall effect. As a result, magnetic control of the collector currents (CV) and Ιι (Β) increases significantly. The combination of ferrite concentrators and cryogenic medium makes the magnetotransistor a unique measuring instrument with record high sensitivity.

На основата на новия магнитотранзистор може да се конструира двумерен 2D векторен магнитометър, измерващ едновременно и независимо двете равнинни компоненти на магнитното поле В 12 В_х и В_у. Техническото решение съдържа два еднотипни магнитотранзистора с общ емитер 2 върху обща силициева подложка 1, ориентирани един спрямо друг на 90°. Изходите за магнитните компоненти В_х и В_у са съответно двойките колектори.On the basis of the new magnetotransistor, a two-dimensional 2D vector magnetometer can be constructed, measuring simultaneously both planar components of the B 12 V _x and B _y magnetic field. The technical solution contains two common-type magnetotransistors with a common emitter 2 on a common silicon substrate 1 oriented 90 ° to each other. The outputs for the magnetic components B _x and B _y are the pairs of collectors, respectively.

Предпочитаните технологии за реализиране на новия магнитотранзистор са преди всичко CMOS, BiCMOS или микромашининг процеси. Те предоставят оптимална възможност за интегрирането в силициев чип на магнитотранзистора заедно с обработващите изходните сигнали IC схеми като такива микросистеми са с многофункционално приложение.Preferred technologies for implementing the new magnetotransistor are, above all, CMOS, BiCMOS or micromachining processes. They provide an optimal opportunity for integration into the silicon chip of the magnetotransistor together with the IC signal processing circuits such as such microsystems are multifunctional.

ПРИЛОЖЕНИЕ: Една фигураAPPENDIX: One figure

ЛИТЕРАТУРА [1] И.М. Митникова, Т.В. Персиянов, Г.И. Рекалова, Г. Штюбнер, „Исследование характеристик кремниевмх боковмх магнитотранзисторов с двумя измерительньши коллекторами”, сп. Физика и техника полупроводников, том 12, в. 1, 1978 г., стр. 48-51.REFERENCES [1] I.M. Customs, TV Persianov, GI Recalova, G. Steubner, “Investigation of the characteristics of silicon side-mounted magnetotransistors with two measuring collectors,” Physics and Technology of Semiconductors, Volume 12, Vol. 1, 1978, pp. 48-51.

[2] Ch. Roumenin, „Microsensors for magnetic fields”, in MEMS - a practical guide to design, analysis and applications, ed. by J.G. Korvink and O. Paul, William Andrew Publ. Inc., Norwich, USA, pp. 453-521, 2006.[2] Ch. Roumenin, "Microsensors for magnetic fields", in MEMS - A Practical Guide to Design, Analysis and Applications, ed. by J.G. Korvink and O. Paul, William Andrew Publ. Inc., Norwich, USA, pp. 453-521, 2006.

Claims

1. A magnetotransistor comprising a semiconductor substrate of impurity conductivity type, on one side of which an emitter is formed and symmetrically formed thereon at a distance from one collector and one base, all of which are rectangular in shape and parallel to their long sides, the two bases are connected directly and in the first source are connected to the emitter so that it is connected in the forward direction, the two collectors respectively through the same resistors and the second current source is connected in the opposite direction to the bases, an external magnetic field perpendicular to the cross-section of the substrate and parallel to the long sides of the emitter, collectors and bases, the output being the two collectors, characterized in that the emitter (2) is surrounded by a ring (3) with opposite to it (2) Conductivity as a series with respect to the emitter (2) and the ring (3) are located first the bases (4) and (5), and then the collectors (6) and (7) as the collectors (6) and (7) are sufficient close to bases (4) and (5) and have a smaller area than that of the emitter (2).