-
Magnetfeldabhängiger Widerstand Es sind Einrichtungen bekannt, bei
denen Effekte ausgenutzt werden, die sich durch den Einfluß eines Magnetfeldes auf
einen stromdurchflossenen Widerstandskörper ergeben. So besteht z. B. in einer derartigen
bekannten Anordnung der an den Widerstandskörper angrenzende Teil des Magnetkreises
zur Erhöhung der Empfindlichkeit aus einem elektrisch nichtleitenden, ferromagnetischen
Werkstoff. Außerdem wird die Wärmeableitung des Widerstandskörpers bei Verwendung
solcher elektrisch nichtleitender, anliegender Magnetkörper verbessert.
-
Weiterhin ist ein elektrisches Halbleitergerät, das auf der Änderung
der elektrischen Eigenschaften beruht, die ein Halbleiterkörper unter der Wirkung
eines Magnetfeldes, vorgeschlagen worden. Bei diesem Gerät sind im Sinne der Vergrößerung
der magnetischen Widerstandsänderung durch die geometrische Form und die Lage des
Halbleiterkörpers zum Magnetfeld die Richtung und/oder die Dichte der Stromlinien
im Halbleiterkörper in Abhängigkeit vom Magnetfeld gebracht. In einer speziellen
Ausführung sind bei diesem Gerät auf eine Halbleiterplatte, an deren Schmalseite
die Elektroden angebracht sind, leitende Streifen parallel zu den Elektroden aufgebracht,
und zwar durch Auflöten dünner Drähte oder durch Aufstreichen bzw. Aufdampfen von
leitendem Material mit Rastern. Diese Anordnung entspricht einer Hintereinanderschaltung
mehrerer getrennter Halbleiterkörper.
-
Die Erfindung betrifft einen magnetfeldabhängigen Widerstand aus mehreren
zu einer baulichen Einheit vereinigten Halbleiterkörpern mit einer optimalen Ableitung
der in den Halbleituerkörpern im Betrieb erzeugten Wärme und einer erheblichen Verstärkung
der magnetfeldabhängigen Widerstandsänderung. Dies wird erfindungsgemäß dadurch
erreicht, daß zwischen den Halbleiterkörpern - in engem Wärmekontakt mit
diesen - draht-, band- oder scheibenförmige Leiter mit guter elektrischer
und thermischer Leitfähigkeit angeordnet sind.
-
Bei Widerständen gemäß der Erfindung werden nicht nur die vorstehend
beschriebenen Störeffekte verhindert, sondern es wird auch erreicht, daß eine störende
Erwärmung nach Beendigung des Vorganges schnell wieder abklingt. Der Widerstand
wird damit schneller wieder betriebsbereit. Allgemein vergrößert sich die maximal
zulässige Verlustleistung eines Gerätes durch verbesserte Wärmeableitung.
-
Gleichzeitig wird durch den Einbau der Leiter zwischen den Halbleiterkörpern
des erfindungsgemäßen Widerstandes eine beachtliche Verstärkung von dessen magnetfeldabhäiger
Widerstandsänderung bewirkt. Das rührt daher, daß durch die besondere Form und Lage
der zwischen den Blechen befindlichen Halbleiterkörper in diesen die Ausbildung
des Halleffektes unterdrückt wird. Wenn sich aber ein Halleffekt nicht ausbilden
kann, werden die Strombahnen zwischen den Elektroden abgelenkt, d. h., sie
bilden nicht mehr den kürzesten Weg zwischen den Elektroden, gleichzeitig verkleinern
sich automatisch die Abstände zwischen den Strombahnen, wodurch die Stromdichte
erhöht wird. Beides führt zu einer Vergrößerung der magnetfeldabhängigen Widerstandsänderung.
Besonders große Verbesserungen ergeben sich hierbei für kreisförmige Halbleiterkörper,
wie noch gezeigt werden soll.
-
Ferner ist der Widerstand eines magnetfeldabhängigen Halbleiterkörpers
bekanntlich nicht nur eine Funktion des einwirkenden Magnetfeldes. Er ist gleichzeitig
mit einem positiven oder negativen Temperaturkoeffizienten behaftet. Wenn die Halbleiterkörper
im Betrieb erwärmen, kann deshalb eine Störung des beabsichtigten magnetfeldabhängigen
Eflektes durch die Temperaturabhängigkeit des Halbleiterkörpers eintreten. Auch
dieser störende Einfluß wird somit vermindert.
-
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch
dargestellt. Es zeigt F i g. 1 mehrere in Reihe geschaltete Halbleiterkörper
mit dazwischenliegenden wärmeleitenden Metallscheiben, die einen elektrischen Kontakt
mit den Halbleiterkörpern bilden,
F i «. 2 eine Ausführunasform,
bei der die wärmeleitenden Metallscheiben elektrisch von der Fläche der Halbleiterkörper
isoliert sind, F i g. 3 eine Ausf ührungsform mit Kreisförmigen Halbleiterscheiben,
bei der die wärmeleitenden Metallscheiben wärmeleitend mit den Innenelektroden der
Halbleiterkörper verbunden sind.
-
F i g. 1 stellt ein Halbleitersystem dar, das aus mehreren
Halbleiterkörpern 11 besteht, die elektrisch leitend mit wärmeleitenden Metallblechen
12 verbunden sind. Der Kontakt zwischen den einzelnen Halbleiterkörpern und den
Blechen kann durch Druck oder Lötung hergestellt werden. Die beiden äußeren Bleche
13 können gleichzeitig als Stromzuführungen dienen. Da die eingefügten Bleche
bei Verwendung des Halbleitergerätes in einem Magnetfeld gleichzeitig wegen ihrer
Form - wie oben erläutert - eine beachtliche Verstärkung der magnetfeldabhängigen
Widerstandsänderung zur Folge haben, erfüllen die Bleche zusammen mit der Auf-Crabe
der Wärmeleitung in diesem Falle einen doppelten Zweck.
-
Zweckmäßigerweise wird die Stärke der Bleche im Verhältnis zur Stärke
der Halbleiterkörper nach folgenden Gesichtspunkten ausgewählt: Die Wärmeleitung
in Richtung vom Innern des Systems zu den Randzonen ist bei Kupfer bei gleicher
geometrischer Form und Stärke der Bleche etwa 25rnal so hoch wie im Halbleiterkörper.
Folglich ist die Wärmeleitung eines Bleches, wenn dessen Stärke z. B. nur ein Fünftel
der Stärke eines Halbleiterkörpers beträgt, immer noch etwa 5mal so groß wie die
Wärmeleitung in einem Halbleiterkörper. Die Stärke der Bleche kann auch so gewählt
werden, daß ihre Erwärmung im Verhältnis zur Erwärmung des Halbleiterkörpers so
niedrig ist, daß der höhere Ausdehnungskoeffizient des Metalls z. B. 4mal so hoch
wie beim Halbleiterkörper zu etwa der gleichen Ausdehnung führt wie die Ausdehnung
des Halbleiterkörpers bei dessen höherer Temperatur, aber niedrigerem Temperaturkoeffizienten.
Auf diese Weise können Wärmespannungen verringert werden.
-
Die wärmeleitenden Bleche können über die Fläche des Halbleiterkörpers
hinaus vergrößert werden, um die Wärmeabgabe an das umgebende Medium zu verbessern.
Sie können ferner geschlitzt, in geeigneter Richtung mit Lochreihen versehen oder
auf andere Weise im Widerstand für Wirbelströme vergrößert werden, wenn veränderliche
Magnetfelder in Betracht kommen. Eine Serien-Parallel-Schaltung mit Hilfe der Metallteile
an Stelle der gezeigten reinen Serienschaltung ist gegebenenfalls zur Erzielung
eines besonders niedrigen Gesamtwiderstandes möglieh. Die wärmeleitenden und die
Wirkung im Magnetfeld verstärkenden Metallteile können auch vollständig aus Lötmaterial
bestehen und bei geeigneter Wahl des Lotes außerdem durch elastische oder plastische
Verformung Wärmespannungen verringern.
-
Eine Isolierung der wärmeleitenden Teile von den Halblieiterkörpern
kann erforderlich werden, wenn der Strom die Halbleiterkörper nicht quer, sondern
in der in F i g. 2 angegebenen Weise durchfließen soll. Sofern die wärmeleitenden
Teile 21 aus Metall mit genügend hohen elektrischem Leitwert bestehen, können sie
auch gleichzeitig als Elektroden dienen, indem sie mit Kontakten 22 der Halbleiterkörper
23
verbunden werden. Auch die Wärmeleitung kann auf diese Weise verbessert
%,#,erdeii. Als Isolation kann z. B. eine dünne Glii-ninerschicht 24 verwendet werden.
Ein zusätzliches Einbringen der gesamten Anordnung in 01 oder eine Vermeidung
jeglicher Luftzwischenräume durch Ausfüllen mit wärmeleitender Isoliermasse kann
den Wärmeübergang zwischen den verschiedenen Materialien wesentlich verbessern.
Es ist auch möglich, nur im Innern des Systems eine geringe Menge Öl oder
eine andere isolierende Flüssigkeit zur Verbesserung der Wärmekontakte vorzusehen.
-
Die Anwendung der erfindungsgemäßen Maßnahmen zur Verbesserunc, der
Wärmeleitung ist von besonderer Bedeutung beim Verwenden von kreisförmigen Halbleiterkörpern.
Diese geometrische Form des Halbleiterkörpers besitzt bei Beeinflussung durch magnetische
Felder besondere Vorzüge. Für solche Halbleiterkörper nimmt bei elektrischer Belastung
die Erwärmung pro Volumeinheit im Quadrat der Stromdichte, d. h. von außen
nach innen mit dem Quadrat des Verhältnisses vom äußeren Radius r" zum inneren Radius
r, # r" ri )2 ZU. Beträgt z. B. der Außendurchmesser einer Scheibe das Vierfache
des Innendurchmessers. so ist die Temperaturerhöhung durch Einwirken eines elektrischen
Stromes im innersten Bereich der Scheibe etwa 16mal so hoch wie die Temperaturerhöhung
der äußersten Zonen. Aus diesen Gründen bietet eine Verbesserung der Wärmeableitung,
insbesondere von den inneren Zonen über die Innenelektrode der Scheiben, große Vorteile.
Im wesentlichen können dazu die bereits beschriebenen Maßnahmen herana -den.
-
gezogen wei Gemäß F i g. 3 können z. B. wärmeleitende Metalle
31 in Blechform mit der Isolation 32 zwischen allen scheibenförmigen
Halbleiterkörpern oder auch nur z. B. bei jeder zweiten Scheibe angebracht werden.
Zweckmäßigerweise werden die Bleche wärmeleitend mit den Innenelektroden
33 der scheibenförmigen Halbleiterkörper verbunden. In F i g. 3, in
der eine Serienschaltung scbeibenförmiger Halbleiterkörper dargestellt ist, sind
die Bleche zwischen je zwei Innenelektroden zwischengeschraubt. Diese Verbindungsstelle
ist mit 34 bezeichnet. Sie können auch durch Lötung oder andere Verfahren mit der
Innenelektrode verbunden werden, wobei auf guten Wärmeübergang zu achten ist. Bei
Impulsbeiastung der Scheiben ist außer auf die gute Wärmeableitung auch auf eine
gute Wärmekapazität besonders der der inneren Zone nahegelegenen wärmeleitenden
Teile zu achten.
-
Auch bei Systemen, bei denen nicht zwischen Innen- und Außenelektrode
unterschieden werden kann, kann eine Verbindun- der Elektroden mit wärmeleitenden
Teilen günstig sein, besonders dann, wenn an den Elektroden durch übergangswiderstände
eine zusätzliche Verlustleistung entsteht.