DE1050868B - - Google Patents

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DE1050868B
DE1050868B DENDAT1050868D DE1050868DA DE1050868B DE 1050868 B DE1050868 B DE 1050868B DE NDAT1050868 D DENDAT1050868 D DE NDAT1050868D DE 1050868D A DE1050868D A DE 1050868DA DE 1050868 B DE1050868 B DE 1050868B
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    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
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    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/142—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B1/00—Comparing elements, i.e. elements for effecting comparison directly or indirectly between a desired value and existing or anticipated values
    • G05B1/01—Comparing elements, i.e. elements for effecting comparison directly or indirectly between a desired value and existing or anticipated values electric
    • G05B1/02—Comparing elements, i.e. elements for effecting comparison directly or indirectly between a desired value and existing or anticipated values electric for comparing analogue signals
    • G05B1/027—Comparing elements, i.e. elements for effecting comparison directly or indirectly between a desired value and existing or anticipated values electric for comparing analogue signals using impedance bridges

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

PATENTSCHRIFT 1050PATENT LETTER 1050

AN MELDBTAG:ON REPORTING DAY:

BEKAinfTHACHTTHG
DER ANMELDDIfG
OND ACSGABE DEB
AOaiKGKßCHEIFT:BEKAinfTHACHTTHG
THE ANMELDDIfG
OND ACSGABE DEB
AOaiKGKßCHEIFT:

AUSGABE dsr
PATEHTSCHRIFTSAU SGAB E dsr
PATENTED

VHr 1«9WOOOVHr 1 «9WOOO

kl, 21 c 54/05kl, 21c 54/05

OnXRIfAT. XL. HOlcOnXRIfAT. XL. HOlc

601t; G05f601t; G05f

13. FEBRtJAR 1954FEBRTY 13, 1954

19. FEBRUAR 1959 13. AUGUST 1959FEBRUARY 19, 1959 AUGUST 13, 1959

STIUHT ÜBEREIN MIT AUSLECESCHiUFT 1*50 868 (S J«B>Vmd/21«)COMES WITH AUSLECESCHiUFT 1 * 50 868 (S J «B> Vmd / 21«)

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung, die auf der Ausnutzung der Widerstandsänderung eines in einem Magnetfeld angeordneten magnetfeldabhängigen Widerstandskörpers beruht und insbesondere zu Meßoder Regel zwecken dient. Es ist eine solche Einrichtung bekanntgeworden, die zur Messung eines magnetischen Flusses vorgesehen ist. Sie weist zwei jnagnetfeldabhängige Widerstände mit ähnlichen Temperaturbeiwerten und unterschiedlichen Magnetfeldabhängigkeiten in einer Brückenschaltung auf. Dabei besteht der eine Widerstandskörper aus Wismut, der andere aus Wolfram oder ähnlichem Material. Diese beiden magnetfeldabhängigen Widerstandskörper sind in einem isolierenden Material eingebettet, stehen jedoch nicht in unmittelbarem Wärmekontakt.The invention relates to a device based on the utilization of the change in resistance of an in a magnetic field arranged magnetic field-dependent resistance body is based and in particular to measuring or Usually serves purposes. Such a device has become known for measuring a magnetic River is provided. It has two magnetic field dependent resistances with similar temperature coefficients and different magnetic field dependencies in a bridge circuit. One resistance body consists of bismuth, the other made of tungsten or similar material. These two magnetic field-dependent resistance bodies are in embedded in an insulating material, but are not in direct thermal contact.

Da die Temperaturbeiwerte von Wismut und Wolfram nicht genau genug übereinstimmen, wurde bei der bekannten Einrichtung versucht, durch weitere Maßnahmen in der Brücke die Kompensation zu verbessern.Since the temperature coefficients of bismuth and tungsten do not match exactly enough, the known device tries to improve the compensation by further measures in the bridge.

Eine verbesserte Temperaturkompensation mit einfachen Mitteln zu schaffen, ist Aufgabe deT Erfindung. Die Lösung besteht darin, daß in einer an sich zur Temperaturkompensation magnetfeldabhängiger Widerstände bekannten Brückenschaltung zwei in benachbarten Brückenzweigen liegende, aus dem gleichen Stoff bestehende, magnetfeldabhängige Halbleiterkörper gleichen,Temperaturbeiwertes, aber unterschiedlicher Magnetfeldabhängigkeit, in unmittelbarem gegenseitigem Wärmekontakt angeordnet sind.The object of the invention is to create an improved temperature compensation with simple means. The solution is that in a magnetic field-dependent per se for temperature compensation Resistors known bridge circuit two lying in adjacent bridge branches, from the same substance existing, magnetic field-dependent semiconductor bodies have the same temperature coefficient, but different Magnetic field dependence, are arranged in direct mutual thermal contact.

Durch die Verwendung von Halbleiterkörpern aus dem gleichen Stoff, die also zwangläufig den gleichen Temperaturbeiwert aufweisen, bzw. durch die Verwendung zweier aus dem gleichen Stoff bestehender Eigenhalbleiter, deren Temperäturbeiwef te durch Dotierung einander angeglichen sind, ist dabei.eine Temperaturkompensation in einem weiten Bereich möglich. Hinzu kommt, daß die Temperatur der steuerbaren magnetfeldabhängigen Widerstandskörper außer von der .Umgebungstemperatur auch noch von der Stromwärme entsprechend dem Grad ihrer Aussteuerung abhängig ist. Die beiden Widerstandskörper werden daher in unmittelbarem Wärmekontakt dicht nebeneinander angeordnet; sie können durch eine thermisch gut leitende, aber elektrisch isolierende Zwischenschicht voneinander getrennt sein.Through the use of semiconductor bodies made of the same material, which are inevitably the same Have a temperature coefficient, or by using two intrinsic semiconductors made of the same material, whose temperature coefficients are adjusted to one another by doping, is a temperature compensation possible in a wide range. In addition, the temperature of the controllable magnetic field-dependent Resistance body not only from the ambient temperature but also from the heat of the current depends on the degree of their modulation. The two resistance bodies will be therefore arranged close to one another in direct thermal contact; you can through a thermal a well-conducting, but electrically insulating intermediate layer must be separated from one another.

Vorteilhaft werden als magnetfeldabhängige Widerstände solche aus halbleitenden Verbindungen mit Tragerbeweglichkeiten von mehr als 6000 CmaZVsec, vorzugsweise 10000 cmWsec und mehr, benutzt. Insbesondere eignen sich Verbindungen eines Elementes der III. mit einem Element der V. Gruppe des Periodischen Systems. Mit derartigen An3Bv-Verbindungen lassen sich bekanntlich—wie auch mit anderen Halbleitern — magnetfeldabhängige Widerstands-Advantageously, resistors that are dependent on the magnetic field are those made of semiconducting connections with portability of more than 6000 cm a ZVsec, preferably 10000 cmWsec and more. In particular, compounds of an element of III are suitable. with an element of Group V of the Periodic Table. As is well known, with such A n3 B v connections - as with other semiconductors - magnetic field-dependent resistance

Einrichtung, die auf der AusnutzungEstablishment that is based on the exploitation

der Widerstandsänderung eines
in einem Magnetfeld angeordneten
magnetfeldabhängigen Widerstandskörpers beruhtthe change in resistance of a
arranged in a magnetic field
magnetic field-dependent resistance body is based

Patentiert für:Patented for:

Siemens-Schuckertwerke
Aktiengesellschaft,
Berlin und ErlangenSiemens-Schuckertwerke
Corporation,
Berlin and Erlangen

Dr. rer. nat. Hanns von Stengel, Nürnberg,
ist als Erfinder genannt wordenDr. rer. nat. Hanns von Stengel, Nuremberg,
has been named as the inventor

»5 körper mit sogenannter magnetischer Sperrschicht darstellen mit einer an Elektronenlochpaaren verarmten Zone, die durch ein elektrisches Feld und ein dazu vorzugsweise senkrecht stehendes magnetisches Feld hervorgerufen ist. Mit solchen durch Änderung des magnetischen Feldes und zusätzlich durch ein elektrisches Feld und/oder eine Strahlung steuerbaren Stoffen — die bereits an anderer Stelle vorgeschlagen sind — lassen sich bei geringem Aufwand eine große Anzahl von praktischen Anwendungen der magnetfeldabhängigen Effekte ermöglichen. Zu diesen Stoffen gehört als AmBy-Verbmdung beispielsweise Indiumantimonid, das eine Trägerbeweglichkeit von über 20000 cmB/Vsec aufweist. Gerade bei Verwendung dieser Stoffe kommt die Erfindung besonders zur Geltung, da die besagten Halbleiter eine große Temperaturabhängigkeit des Widerstandswertes aufweisen.»5 represent bodies with a so-called magnetic barrier layer with a zone depleted of electron hole pairs, which is caused by an electric field and a magnetic field that is preferably perpendicular to it. With such substances controllable by changing the magnetic field and additionally by an electric field and / or radiation - which have already been proposed elsewhere - a large number of practical applications of the magnetic field-dependent effects can be made possible with little effort. Is one of these substances as A m By-Verbmdung for example, indium antimonide, which Vsec has a carrier mobility of more than 20000 cm B /. The invention is particularly effective when these substances are used, since the said semiconductors have a large temperature dependence of the resistance value.

Mit Hilfe innerer Maßnahmen, unter denen solche physikalisch-chemischer Natur verstanden werden, wie Wahl bestimmter Reinheitsgrade, mehr oder wenigerWith the help of internal measures, under which those of a physical-chemical nature are understood as Choice of certain degrees of purity, more or less

45' ausgeprägte Kristallisation der Halbleiter u. dgl., kann die erforderliche unterschiedliche Magnetfeldabhängigkeit dadurch erreicht werden, daß als StofF mit großer Magnetfeldabhängigkeit beispielsweise Indiumantimonid oder Indiumarsenid verwendet wird, welches sich in der Nähe der Eigenleitung auf der elektronenleitenden Seite befindet, während als Stoff mit geringerer Widerstandsänderung ebenfalls Indiumantimonid oder Indiumarsenid in der Nähe der Eigenleitung, jedoch auf - der defektelektro enleitenden Seite verw^SZI» 45 'pronounced crystallization of the semiconductors and the like, the required different magnetic field dependency can be achieved by using indium antimonide, for example, as a substance with a large magnetic field dependence or indium arsenide is used, which is located in the vicinity of the intrinsic conduction on the electron-conducting side, while as a substance with lesser Change in resistance also indium antimonide or indium arsenide in the vicinity of the intrinsic conduction, however on - the defective electrical side used ^ SZI »

Claims (6)

1 UOU ÖDÖ wendet wird. Zur Erläuterung sei auf die graphische Darstellung nach Fig. 1 verwiesen, in der als Ordinate die spezifische Leitfähigkeit σ in ß~~1 cm-1 und als Abszisse der Kehrwert -γ der absoluten Temperatur T ^ in 0K^-1 aufgetragen ist. Die zwischen den beiden Kurven liegende Gerade I gilt für eigenleitendes Indiumantimonid, die Kurve II für Indiumantimonid mit Elektronenleitung und die Kurve III für Indiumantimonid mit Defektelektronenleitung von jeweils bestimmter Donatorenkonzentration und Akzeptorenkonzentration. Durch geeignete Wahl dieser Konzentration kann erreicht werden, daß sowohl p- als auch n-ieitende AViderstandskörper denselben Temperaturbeiwert besitzen. In Fig. 1 wird dies durch die gestrichelt gezeichneten Tangenten gleicher Steigung im Schnittpunkt der Kurven II und III mit der senk-: rechten Geraden IV veranschaulicht, die die für die Widerstandskörper in Frage kommende mittlere Arbeitstemperatur darstellt. Zum Verständnis des ao Vorstehenden sei noch erwähnt, daß nur die Elektronenbeweglichkeiten der genannten HaIbleiter-WiderstandskSrper extrem hoch sind und dadurch zu hoher Widerstandsänderung führen, während die Defektelektronenbeweglichkeiten in den vorgenannten as Körpern etwa SOmal kleiner sind und daher praktisch außer Betracht bleiben können. Die durch die Erfindung gegebene Lehre kann anstatt durch innere physikalisch-chemische Maßnahmen in einfacher Weise und ebenfalls unter vorteilhafter Ausnutzung der den genannten Halbleiterwiderständen innewohnenden Eigenschaften ferner dadurch verwirklicht werden, daß zwei Widerstandskörper aus dem gleichen Halbleiterstoff gewählt werden — die dadurch also zwangläufig schon die gleiche Temperaturabhängigkeit aufweisen —, deren einem jedoch durch besondere äußere Maßnahmen eine unterschiedliche Magnetfeldabhängigkeit erteilt wird- Es können beispielsweise zwei Widerstandskörper aus Indiumantimonid mit unterschiedlichen Verhältnissen von Länge zu Breite verwendet werden. Die unterschiedliche'Magnetfeldabhängigkeit kann ferner durch Aufbringen, beispielsweise Aufdampfen, von leitenden Stegen auf dem einen der Widerstandskörper erreicht sein. Bei Widerstandskörpem mit magnetischer Sperrschicht kann die unterschiedliche Magnetfeldabhängigkeit durch eine unterschiedliche Oberflächenbehandlung erreicht werden. Zur näheren Erläuterung der Erfindung sei im folgenden auf die Schaltung in der Zeichnung Bezug genommen. Auf eine Darstellung der Schaltung in einem besonderen Anwendungsbeispiel ist jedoch verzichtet, da die Anwendung der Einrichtung nach der Erfindung für einen speziellen Zweck, abgesehen von Meß- and Regelaufgaben, nicht den Gegenstand der Erfindung bildet Mit 1 und 2 sind zwei magnetfeld-* abhängige Halbleiter-Widerstandskörper gleichen Temperaturbeiwertes, jedoch unterschiedlicher Abhängigkeit von der Stärke des sie steuernden Magnetfeldes bezeichnet, das durch die Steuerwicklung 3 symbolisch angedeutet ist. An die Anschlußklemmen der Steuerwicklung 3 wird eine Steuerspannung Ust oder ein Steuerstrom Jst zugeführt. Die Widerstandskörper 1 und 2 bilden mit zwei weiteren Widerstandskörpem 5 und 6 an sich beliebiger Art die Brücken-Schaltung. An den Diagonalanschlüssen 7 wird der zu steuernde Strom zugeführt und an den Diagonalanschlüssen 8 der gesteuerte Strom abgenommen und einem an sich beliebigen Verbraucher zugeführt. Die oben beschriebene Schaltung stellt beispielsweise einen temperaturunabhängigen Meßfühler für eine Regeleinrichtung dar. Patentanspr ocae:1 UOU ÖDÖ is turned. For an explanation, reference is made to the graphic representation according to FIG. 1, in which the specific conductivity σ in ß ~~ 1 cm-1 is plotted as the ordinate and the reciprocal value -γ of the absolute temperature T ^ in 0K ^ -1 is plotted as the abscissa. The straight line I between the two curves applies to intrinsically conductive indium antimonide, curve II to indium antimonide with electron conduction and curve III for indium antimonide with defect electron conduction, each with a specific donor concentration and acceptor concentration. By a suitable choice of this concentration it can be achieved that both p-conducting and n-conducting A resistance bodies have the same temperature coefficient. In Fig. 1 this is illustrated by the dashed tangents of the same slope at the intersection of curves II and III with the vertical straight line IV, which represents the mean working temperature in question for the resistance body. To understand the above, it should be mentioned that only the electron mobilities of the semiconductor resistors mentioned are extremely high and thus lead to a high change in resistance, while the defect electron mobilities in the aforementioned bodies are about SO times smaller and can therefore be practically disregarded. The teaching given by the invention can, instead of internal physicochemical measures, also be implemented in a simple manner and also with advantageous use of the properties inherent in the semiconductor resistors mentioned, by choosing two resistor bodies made of the same semiconductor material - which therefore inevitably already have the same Have temperature dependency - one of which, however, is given a different magnetic field dependency by special external measures - for example two resistance bodies made of indium antimonide with different ratios of length to width can be used. The different magnetic field dependency can also be achieved by applying, for example vapor deposition, conductive webs to one of the resistance bodies. In the case of resistance bodies with a magnetic barrier layer, the different magnetic field dependencies can be achieved by a different surface treatment. For a more detailed explanation of the invention, reference is made below to the circuit in the drawing. A representation of the circuit in a special application example is dispensed with, since the use of the device according to the invention for a special purpose, apart from measuring and control tasks, does not form the subject of the invention. 1 and 2 are two magnetic field * dependent semiconductors Resistance body with the same temperature coefficient, but with a different dependence on the strength of the magnetic field controlling it, which is indicated symbolically by the control winding 3. A control voltage Ust or a control current Jst is fed to the connection terminals of the control winding 3. The resistance bodies 1 and 2 form the bridge circuit with two further resistance bodies 5 and 6 of any type. The current to be controlled is fed to the diagonal connections 7 and the controlled current is taken from the diagonal connections 8 and fed to any consumer. The circuit described above represents, for example, a temperature-independent sensor for a control device. 1. Einrichtung, die auf der Ausnutzung der Widerstandsänderung eines in einem Magnetfeld angeordneten magnetfeldabhängigen Widerstandskörpers beruht und insbesondere zu Meß- oder Regelzwecken dient, dadurch gekennzeichnet, daß in einer an sich zur Temperaturkompensation magnetfeldabhängiger Widerstände bekannten Brückenschaltung zwei in benachbarten Brückenzweigen liegende, aus dem gleichen Stoff bestehende magnetfeldabhängige Halbleiterkörper gleichen Temperaturbeiwertes, aber unterschiedlicher Magnetfeldabhängigkeit, in unmittelbarem gegenseitigem Wärmekontakt angeordnet sind.1. Establishment based on taking advantage of the change in resistance of one in a magnetic field arranged magnetic field-dependent resistance body is based and in particular to measuring or Serves control purposes, characterized in that in one for temperature compensation magnetic field-dependent resistances known bridge circuit two in adjacent bridge branches lying, magnetic field-dependent semiconductor bodies consisting of the same substance are the same Temperature coefficient, but different magnetic field dependence, in direct mutual Thermal contact are arranged. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Halbleiter-Widerstandskörper solche in der Nähe der Eigenhalbleitung verwendet sind, und zwar einer mit überwiegender Elektronen- und einer mit überwiegender Defektelektronenleitung. 2. Device according to claim 1, characterized in that the semiconductor resistance body is those in the vicinity of the intrinsic semiconductor are used, namely one with predominantly electron conduction and one with predominantly hole conduction. 3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die unterschiedliche Magnet- «eldabhängigkeit durch äußere Maßnahmen, beispielsweise unterschiedliches Verhältnis von Länge zu Breite der Widerstandskörper oder unterschiedliche Oberflächenbehandlung, erreicht ist.3. Device according to claim 1, characterized in that the different magnetic «Dependency on money through external measures, for example a different ratio of length to width of the resistor body or different surface treatment is reached. 4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Halbleiter-Widerstandskörper solche mit Trägerbeweglichkeiten von etwa 6000 Cm1ArSec oder mehr, vorzugsweise etwa 10000 cm'/Vaec oder mehr, verwendet sind.4. Device according to claim 1, characterized in that those with carrier mobilities of about 6000 cm 1 A r Sec or more, preferably about 10000 cm '/ Vaec or more, are used as semiconductor resistance bodies. 5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiter-Widerstandskörper aus Indiumantimoiiid oder Indiumarsenid bestehen.5. Device according to claim 4, characterized in that the semiconductor resistance body made of indium antimoid or indium arsenide exist. 6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Halbleiter-Widerstandskörper solche mit magnetischer Sperrschicht verwendet sind. 6. Device according to claim 1, characterized in that those with a magnetic barrier layer are used as the semiconductor resistor body are. In Betracht gezogene Druckschriften: USA--Patentschrift Nr. 2 599 550.References considered: U.S. Patent No. 2,599,550. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings φ as» igen z. ftφ as »igen z. ft (90»5ts«55 3.5»)(90 »5ts« 55 3.5 »)
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2851330A1 (en) * 1977-11-29 1979-06-07 Asahi Chemical Ind MAGNETORESISTIVE SEMICONDUCTOR ELEMENT

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE2851330A1 (en) * 1977-11-29 1979-06-07 Asahi Chemical Ind MAGNETORESISTIVE SEMICONDUCTOR ELEMENT

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