DE1178138B - Magnetfeldabhaengiger Widerstand - Google Patents

Magnetfeldabhaengiger Widerstand

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DE1178138B
DE1178138B DES70134A DES0070134A DE1178138B DE 1178138 B DE1178138 B DE 1178138B DE S70134 A DES70134 A DE S70134A DE S0070134 A DES0070134 A DE S0070134A DE 1178138 B DE1178138 B DE 1178138B
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DE
Germany
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magnetic field
semiconductor
semiconductor bodies
metal
heat
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Pending
Application number
DES70134A
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English (en)
Inventor
Hans Martens
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N50/00Galvanomagnetic devices
    • H10N50/10Magnetoresistive devices

Landscapes

  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Description

  • 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.

Claims (1)

  1. Patentansprüche: 1. Magnetfeldabhängiger Widerstand aus mehreren zu einer baulichen Einheit vereinigten Halbleiterkörpern, dadurch gekennzeich -n e t, daß zwischen den Halbleiterkörpern - in engem Wärmekontakt mit diesen - draht-, band-oder scheibenförmige Leiter mit guter elektrischer und thermischer Leitfähigkeit angeordnet sind. 2. Elektrische Halblehergeräte nach A.ispruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Leiter Bleche vorgesehen sind. i. Elektrisches Halbleitergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Leiter Weich- oder Hartlot vorgesehen ist. 4. Elektrisches Halbleitergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Leiter eine Metalldraht- oder Metallbandwicklung vorgesehen ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschriften Nr. 1056 244, 1022 316, 1011041; britische Patentschrift Nr. 705 248.
DES70134A 1960-08-30 1960-08-30 Magnetfeldabhaengiger Widerstand Pending DE1178138B (de)

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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB705248A (en) * 1951-11-29 1954-03-10 Gen Electric Improvements in and relating to hall effect devices
DE1011041B (de) * 1954-01-07 1957-06-27 Siemens Ag Einrichtung, bei der ein in einem stromdurchflossenen Widerstandskoerper unter dem Einfluss eines Magnetfeldes auftretender Effekt ausgenutzt wird
DE1022316B (de) * 1956-10-27 1958-01-09 Siemens Ag Hallgenerator
DE1056244B (de) * 1954-06-30 1959-04-30 Siemens Ag Einrichtung mit einem Halbleiterkoerper mit magnetfeldabhaengigem Widerstand

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