DE1142659B

DE1142659B - Hallgeneratorbaueinheit mit Verstaerkerwirkung und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE1142659B
Application number: DES73382A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Walter Engel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1961-04-08
Filing date: 1961-04-08
Publication date: 1963-01-24
Also published as: US3413712A; GB965949A; NL273325A; US3319173A; CH400357A

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

S 73382 IXa/21e

ANMELDETAG: 8. A P R I L 1961

BEKANNTMACHUN G DER ANMELDUNG UNDAUSGABE DER AUSLEGESCHRIFT: 24. JANUAR 1963

Es ist bekannt, daß dem Halleffekt durch geeignete Halbleitermaterialien mit hoher Trägerbeweglichkeit in letzter Zeit ein weites technisches Anwendungsgebiet eröffnet worden ist. Dazu gehören beispielsweise Messungen magnetischer Felder, Multiplikationen elektrischer Größen, Abtastung von Magnetogrammen usw.

Durch geeignete Bemessung der Halbleiterschicht läßt sich mit dem Hallgenerator auch eine gewisse Leistungsverstärkung erzielen, die allerdings nicht immer so hoch getrieben werden kann, wie es für manche Anwendungsfälle erwünscht wäre. Man behilft sich in diesen Fällen damit, daß man an den Hallgenerator einen Verstärker, in der Regel mit Transistoren, anschließt, der die für die Weiterverarbeitung des Hallspannungssignals nötige Leistung erzeugt.

Abgesehen davon, daß dies einen nicht unbeträchtlichen Aufwand erfordert, ergibt sich durch konstruktive Bedingungen meist auch die Notwendigkeit, die Zuleitungen zu den Hallelektroden verhältnismäßig lang zu machen. Dies bringt bei dem relativ geringen Leistungsinhalt des Hallsignals die Gefahr mit sich, daß sich Störeinflüsse in unerwünschter Weise bemerkbar machen.

Die Erfindung zeigt einen Weg, eine Hallgeneratorbaueinheit mit Verstärkerwirkung zu schaffen, die die Verstärkungsfunktion in unmittelbarer Nähe' des Hallgenerators verwirklicht und dadurch lange Zuleitungen, die nur auf geringem Pegel arbeiten, vermeidet. Der Erfindungsgegenstand ist dadurch gekennzeichnet, daß auf einer Grundplatte aus Keramik oder sonstigem Isolierstoff durch Aufbringen und Dotieren von Halbleitermaterial ein Hallgenerator und zwei an die Hallelektroden angrenzende Tunneldioden sowie durch Aufbringen von Kontaktwerkstoffen die Anschlußelektroden der Baueinheit gebildet sind.

Tunneldioden haben bekanntlich dank ihrer fallenden Kennlinie hervorragende Verstärker- und Schalteigenschaften. Sie ermöglichen im vorliegenden Falle, auf besonders einfache Weise die speziellen konstruktiven Bedingungen zu erfüllen, die beim Erfindungsgegenstand vorliegen.

Da Hallgeneratoren in der Regel im Luftspalt eines magnetischen Kreises angeordnet werden, muß die Baueinheit möglichst dünn ausgebildet sein. Um eine Verstärkung unmittelbar am Ort des Entstehens der Hallspannung zu erzielen, müssen die Verstärkungsmittel ebenfalls im Luftspalt untergebracht werden können. Dies ist durch Anordnung von streifenförmigen Tunneldioden möglich.

Hallgeneratorbaueinheit

mit Verstärkerwirkung

und Verfahren zu ihrer Herstellung

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen, Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dipl.-Phys. Walter Engel, Nürnberg, ist als Erfinder genannt worden

Die bekannten Richtlinien der Mikromodultechnik können hierzu keine Anregung geben. In der Mikromodultechnik werden auf Grundplättchen verschiedene Schaltungselemente, beispielsweise Wider- stände, Kondensatoren, sowie auch ganze Schaltungseinheiten, beispielsweise Multivibratoren, angeordnet. Hierauf werden die einzelnen Plättchen zu einem körperlichen Gebilde zusammengesetzt, das die verlangten elektrischen Funktionen aufweist. Auf diese Weise gelingt es, auf kleinem Raum zahlreiche Schaltungselemente unterzubringen.

Beim Erfindungsgegenstand ist jedoch nicht das allgemeine Bestreben nach geringer Baugröße maßgebend, sondern es geht um eine möglichst flache Ausbildung der Baueinheit, um sie in einen Luftspalt einsetzen zu können. Nach oben und unten herausragende Anschlußteile, wie sie bei bekannten Plättchen der Mikromodultechnik vorhanden sind, müssen vermieden werden. Eine einzige Baueinheit stellt, ohne daß ein Aufeinanderstapeln mehrerer Plättchen erforderlich wäre, bereits ein im gewünschten Sinne funktionsfähiges Gebilde dar.

Die zur Ergänzung der kompletten Verstärkerschaltung erforderlichen Widerstände werden vorteilhaft ebenfalls auf die Grundplatte aufgebracht und können aus dem gleichen Material wie der Hallgenerator und die Tunneldioden bestehen.

Die Baueinheit nach der Erfindung zeichnet sich durch außergewöhnlich geringen Raumbedarf aus.

Sie stellt einen rauscharmen Verstärker hohen Verstärkungsgrades dar. Es lassen sich Leistungsverstärkungen von 40 db und darüber erwarten.

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Claims

3 4

Nähere Einzelheiten der Erfindung seien im des negativen Widerstandes der Tunneldioden sein, folgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels so erhält man erläutert, das in der Zeichnung schematisch dar- ^ —2· K-1 · AB · ^-

gestellt ist. Dabei wird zugleich auch ein geeignetes " ^s Rh '

Herstellungsverfahren besprochen. 5

Wie Fig. 1 zeigt, besteht die Baueinheit aus einer Daraus gewinnt man für die Verstärkung den

Grundplatte 1, beispielsweise aus Keramik. Auf Ausdruck

diese Grundplatte wird zunächst das Halbleiter- AUa _ ₇ Rq

material aufgebracht, was durch Bedampfen mit AUn ~ R~ü'

Indiumantimonid und nachfolgendes Abätzen über- io

flüssiger Bereiche geschehen kann. Auf der Grund- Um eine hohe Spannungsverstärkung zu erzielen,

platte sind nun ein Hallgenerator 2 sowie Halbleiter- soll daher der Wert der Widerstände 13 und 14 streifen 7, 8, 9, 10, 13, 14 und 15 vorhanden. Die wesentlich größer als der Hallinnenwiderstand sein. Halbleiterstreifen 13, 14 und 15 dienen als ohmsche Man stellt zweckmäßig durch geeignete Wahl des Widerstände, wobei der Widerstand 15 zur Erhöhung 15 Widerstandes 15 den Arbeitspunkt der Tunneldioden des Wertes mäanderförmig ausgebildet sein kann. so ein, daß der Absolutwert des negativen Wider-Durch Auflegieren von Indiumpillen erfolgt nun Standes R_t etwa gleich dem Absolutwert der Widerdie Dotierung an den Stellen 8 und 10 der Halb- stände 13 und 14 ist.

leiterstoffe, so daß dort streifenförmige Tunnel- Da die Energie für den Tunneldiodenverstärker

dioden entstehen. Schließlich werden durch elektro- 20 mittels des Widerstandes 15 aus dem Steuerstromkreis lyrischen Niederschlag eines leitenden Metalls, bei- des Hallgenerators entnommen wird, werden für speilsweise Kupfer, die inneren Schaltverbindungen die gesamte Baueinheit nur vier Anschlüsse benötigt, hergestellt. Diese bestehen aus den Hallelektroden 5 also ebenso viele, wie für einen normalen HaIl- und 6, den Steuerstromelektroden 3 und 4 und den generator erforderlich sind. Die Baueinheit kann Ausgangselektroden 11, 12 und 16 der Baueinheit. 25 daher ohne Änderung der übrigen Schaltung überall Fig. 2 zeigt schematisch die durch dieses Her- da eingesetzt werden, wo bisher ein üblicher Hallstellungsverfahren auf der Grundplatte erhaltene generator verwendet wurde, liefert jedoch eine Schaltung, wobei entsprechende Teile mit den wesentlich größere Ausgangsspannung und -leistung, gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 bezeichnet Statt des in der Beschreibung des Ausführungs-

sind. An den Klemmen 3 und 16 wird der Steuer- 30 beispiels erwähnten Indiumantimonids können auch gleichstrom/_s zugeführt. Das Hallgenerator- andere für die Herstellung von Hallgeneratoren und plättchen 2 wird senkrecht von einem Magnetfeld Tunneldioden geeignete Materialien Verwendung durchsetzt, das die steuernde Größe darstellt und in finden. Es ist auch nicht erforderlich, Hallgenerator Fig. 2 durch B angedeutet ist. An den Klemmen 11 und Tunneldioden aus dem gleichen Hälbleiter- und 12 kann die Ausgangsspannung Ua, nämlich 35 material herzustellen, doch wird dadurch dieFertigung die verstärkte Hallspannung U_n, abgenommen vereinfacht. Das beschriebene Herstellungsverfahren werden. . eignet sich auch zur Automatisierung, so daß die

Betrachtet man nun eine Änderung A B der Fertigungskosten für Baueinheiten nach der Ersteuernden Induktion B, so ergibt sich die bekannte findung weiter gesenkt werden können. Beziehung 4" Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet der neuen

Baueinheit ist die Abtastung von magnetisch auf-

. ^H ^{= 8}' ' gezeichneten Signalen, insbesondere bei kontakt

losen Signalgebern, Endschaltern u. dgl. Dank der

worin K eine Konstante bedeutet, die dem Quotienten hohen Ausgangsleistung der Baueinheit genügt ein aus dem Hallkoeffizient und der Dicke der Halb- 45 magnetisch gespeichertes Signal geringer Remanenzleiterschicht entspricht. Ferner gilt auch induktion, so daß beispielsweise die Kapazität von

Magnetspeichern wesentlich erhöht werden kann.

AUh = AIh-2- (Ris—R) ^^{e neue} B^⁶"¹⁰^* bringt jedoch auch bei den

übrigen Anwendungsgebieten von Hallgeneratoren 50 Vereinfachungen des Aufbaus und wesentliche be-Darin bedeutet AIh die Änderung des über die triebliche Vorteile. Hallelektroden fließenden Hallstromes Ih, R13 den

Wert des Widerstandes 13 in Fig. 2, der ebenso PATENTANSPRÜCHE:

groß wie der Wert des Widerstandes 14 ist, und — Rt

den der fallenden Kennlinie der Tunneldiode ent- 55 1. Hallgeneratorbaueinheit mit Verstärkersprechenden negativen Widerstand. Daraus ergibt wirkung, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer

sich Grundplatte aus Keramik oder sonstigem Isolier

stoff durch Aufbringen und Dotieren von HaIb-

AUa = 2 - Ris ■ AIh -K-I_x- AB ■ leitermaterial ein Hallgenerator und zwei an

Ri3~Rt 60 die Hallelektroden angrenzende Tunneldioden

sowie durch Aufbringen von Kontaktwerkstoffen

Erfüllt man nun die Anpassungsbedingung die Anschlußelektroden der Baueinheit gebildet

sind.

Rh — 2 ■ (Ris—Rt), 2. Hallgeneratorbaueinheit nach Anspruch 1,

6g dadurch gekennzeichnet, daß die freien Enden

d.h. ,der Innenwiderstand des Hallgenerators zwischen der Tunneldioden sowie eine Steuerstromelektrode

den Hallelektroden soll gleich der doppelten Summe des Hallgenerators über je einen Widerstand

aus dem Wert des Widerstandes 13 und dem Wert an einen Sternpunkt geführt sind und daß

zwischen den Sternpunkt und die andere Steuerstromelektrode eine Steuergleichstromquelle geschaltet ist.

3. Hallgeneratorbaueinheit nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstände ebenfalls auf die Grundplatte aufgebracht sind.

4. Hallgeneratorbaueinheit nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstände aus dem gleichen Material wie der Hallgenerator bzw. die Tunneldioden bestehen.

5. Verfahren zur Herstellung einer Baueinheit nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst Halbleitermaterial auf die Grundplatte aufgebracht wird, z. B. durch Bedampfen einer Keramikplatte mit Indiumantimonid und nachfolgendem Abätzen der überflüssigen Bereiche, daß hierauf die Dotierung der Tunneldioden vorgenommen wird, z. B. durch Auflegieren von Indiumpillen, und daß schließlich durch elektrolytischen Niederschlag eines leitenden Metalls, z. B. Kupfer, die inneren Schaltverbindungen hergestellt werden.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1062812, 1097160, 098 584;

»Elektronik«, 10. Jahrgang (1961), Heft 2, S. 33; »Funkschau«, 1960, Heft 11, S. 269 bis 271;
»Electronics«, April 1960, S. 95 bis 98.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen