DE1281578B - Sonde zum Erfassen magnetischer Felder unter Verwendung eines Halbleiterkoerpers fuer Bauelemente mit richtungsabhaengigen elektrischen Eigenschaften - Google Patents
Sonde zum Erfassen magnetischer Felder unter Verwendung eines Halbleiterkoerpers fuer Bauelemente mit richtungsabhaengigen elektrischen EigenschaftenInfo
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Description
DEUTSCHES
PATENTAMT
Int. Cl.:
GOIr
Nummer: 1281578
Aktenzeichen: P 12 81 578.0-35 (S 84816)
Anmeldetag: 23. April 1963
Auslegetag: 31. Oktober 1968
Das Hauptpatent bezieht sich auf einen Halbleiterkörper für Bauelemente mit richtungsabhängigen
elektrischen, insbesondere magnetfeldabhängigen Eigenschaften. Dabei enthält der Halbleiterkörper
Einschlüsse einer zweiten Phase aus einem gegenüber dem Grundmaterial gut leitenden Stoff, der keine
störende Dotierung des Grundmaterials hervorruft. Die Einschlüsse sind außerdem in einer oder zwei
Dimensionen bevorzugt ausgedehnt und mit einer ausgezeichneten Orientierung parallel ausgerichtet.
Eine besonders ausgeprägte Abhängigkeit der Leitfähigkeit des Halbleiterkörpers von einem Magnetfeld
kann nach dem Hauptpatent durch eine anisotrope Form (z. B. Nadelform) der Einschlüsse, die z. B.
aus NiSb bestehen können, und parallele Ausrichtung der Hauptachsen dieser Einschlüsse erzielt werden.
Die Abhängigkeit der elektrischen Leitfähigkeit von dem zu erfassenden Magnetfeld ist am ausgeprägtesten,
wenn die Stromrichtung im Halbleiterkörper, die magnetische Induktion und die Hauptachsen
der nadeiförmigen Einschlüsse wie die Achsen eines rechtwinkligen Koordinatensystems zueinander
senkrecht stehen.
Die Erfindung bezieht sich auf die besondere geometrische Gestaltung einer Sonde zum Erfassen
magnetischer Felder mit einem Halbleiterkörper nach dem Hauptpatent. Die Erfindung besteht darin,
daß als Halbleiterkörper eine flache, sich vornehmlich in einer Ebene erstreckende Halbleiterschleife
mit senkrecht zur Schleifenebene ausgerichteten Ein-Schlüssen vorgesehen ist, derart, daß die Sonde unabhängig
von der Stellung zur Magnetfeldrichtung immer die Projektion des Magnetfeldes auf die
Schleifenebene erfaßt.
Bekannte Halbleiterbauelemente in Stab- oder Streifenform mit oberflächlich aufgebrachten Silberlinien zur Magnetfeldmessung (vgl. österreichische
Patentschrift 202 645) erfassen dagegen den Größtwert eines zu messenden Magnetfeldes in der Ebene
des Halbleiters nur dann, wenn die Projektion des Feldes auf die Halbleiterebene mit der Meßrichtung
des Halbleiters — d. h. senkrecht zur Stromrichtung durch den Halbleiterkörper und zu den Silberlinien
— zusammenfällt. Eine derartige Magnetsonde muß also in der Ebene so lange verdreht werden,
bis Übereinstimmung zwischen ihrer Meßrichtung und der Richtung des Magnetfeldes besteht.
Um erfindungsgemäß selbsttätig immer den Größtwert der Induktion in einer Ebene zu erfassen, verwendete
man zwei rechtwinklig zueinander stehende Magnetsonden, die die beiden Komponenten der
Feldstärke in der durch die Sonden definierten Ebene Sonde zum Erfassen magnetischer Felder
unter Verwendung eines Halbleiterkörpers
für Bauelemente mit richtungsabhängigen
elektrischen Eigenschaften
unter Verwendung eines Halbleiterkörpers
für Bauelemente mit richtungsabhängigen
elektrischen Eigenschaften
Zusatz zum Patent: 1 238 987
Anmelder:
Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München, 8520 Erlangen 2, Werner-von-Siemens-Str. 50
Als Erfinder benannt:
Dipl.-Phys. Dr. Herbert Weiß,
Dipl.-Chem. Dr. Manfred Wilhelm,
8500 Nürnberg
Dipl.-Phys. Dr. Herbert Weiß,
Dipl.-Chem. Dr. Manfred Wilhelm,
8500 Nürnberg
getrennt erfaßten. Über nachgeschaltete Verstärker und Meßeinrichtungen wurde daraus die gesuchte
Projektion der magnetischen Induktion auf die Halbleiterebene ermittelt.
Zur näheren Erläuterung wird auf die Zeichnung verwiesen, in der zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung
schematisch dargestellt sind. Es zeigt
F i g. 1 eine als Ring ausgebildete Sonde und
F i g. 2 eine Sonde mit zwei zueinander rechtwinkligen Schenkeln.
In F i g. 1 sind die elektrisch gut leitenden Einschlüsse der zweiten Phase 2 senkrecht zur Ebene des
Halbleiterringes 1 ausgerichtet. Der Ring 1 ist an einer Stelle 3 unterbrochen und mit Stromzuführungen
4, 5 versehen.
Eine wirkungsmäßig gleiche Form erhält man durch Zerschneiden eines Halbleiterringes in Durchmesserrichtung
senkrecht zur Ringebene und Anschluß der Stromzuführungen an den Enden jedes Halbringes.
In Anwendungsfällen, in denen ein besonders hoher ohmscher Widerstand der Sonde erwünscht ist,
wird diese vorzugsweise als ebene Spirale ausgebildet. Durch eine dem Abstand vom Spiralmittelpunkt verhältnisgleiche
Breite der einzelnen Windungen wird dabei ein gleicher ohmscher Widerstand in jeder
Windung der Spirale erzielt.
Die beschriebenen Halbleiterformen, die sich auf einen Kreis oder eine dem Kreis angenäherte Form
809 629/975
zurückführen lassen, sprechen aus Symmetriegründen unabhängig von dem bei einem Halbleiterkörper gegebenen
Zusammenhang zwischen Widerstand und Induktion des Feldes immer auf den Größtwert der
Induktion in der Ebene der Sonde an.
In F i g. 2 ist eine rechtwinklige Sonde 5 mit zwei zueinander senkrechten Schenkeln 7 und 8 dargestellt.
Die elektrisch gut leitenden Einschlüsse 6 zweiten Phase sind wieder senkrecht zur Ebene der
Sonde ausgerichtet. Die Stromzuführungen 9,10 führen zu einer Meßeinrichtung für den von der Sonde 5
beeinflußten Meßstrom. Die in F i g. 2 dargestellten beiden Schenkel 7, 8 können durch zwei weitere dazu
parallele Schenkel zu einer bis auf eine Unterbrechungsstelle für die Stromzuführungen geschlossenen
vierseitigen Halbleiterschleife ergänzt werden.
Im Gegensatz zu den vorher beschriebenen Formen erfaßt die Sonde nach F i g. 2 die Projektion
der magnetischen Induktion auf die Sondenebene jedoch nur dann richtig, wenn sich der Widerstand des
Halbleiters quadratisch mit der Induktion ändert. Dies erklärt sich daraus, daß die Schenkel 7 und 8
der Sonde 5 nur jeweils die zu ihnen rechtwinkligen Induktionskomponenten messen. Zur Erfassung des
in der Ebene der Sonde 5 vorhandenen Größtwertes der Induktion, d. h. der Projektion des zu messenden
Magnetfeldes auf die Ebene der Sonde, ist dann eine geometrische Addition der von den beiden Schenkeln
7 und 8 erfaßten Induktionskomponenten durchzuführen. Eine direkte Erfassung der Projektion des
Magnetfeldes auf die Ebene der Sonde 5 ist mit dieser Ausführungsform somit nur dann möglich, wenn
die Widerstandsänderung in den Schenkeln 7 und 8 sich mit den zu ihnen senkrecht verlaufenden Induktionskomponenten
quadratisch ändert. Der Halbleiter muß also in diesem Fall eine quadratische Widerstandskennlinie
aufweisen, oder zumindest muß zur Messung in einem quadratischen Teilbereich der
Kennlinie, d. h. mit kleinen Induktionen, gearbeitet werden. Der ohmsche Widerstand dieser Anordnung
kann durch eine mäanderförmige Ausbildung des Halbleiterkörpers — die praktisch eine Reihenschaltung
von nach F i g. 2 ausgebildeten Teilsonden darstellt — noch erhöht werden. Ebenfalls wird eine
Erhöhung des ohmschen Widerstandes, wie auch jede gewünschte Abhängigkeit der Widerstandsänderung
in Abhängigkeit vom Magnetfeld, durch Kombination der verschiedenen Schleifenformen erreicht.
Claims (3)
1. Sonde zum Erfassen magnetischer Felder unter Verwendung eines Halbleiterkörpers für
Bauelemente mit richtungsabhängigen elektrischen Eigenschaften nach Patent 1 238 987, wobei
der Halbleiterkörper Einschlüsse einer zweiten Phase aus einem gegenüber dem Grundmaterial
gut leitenden Stoff enthält, der keine störende Dotierung des Grundmaterials hervorruft, und
wobei die Einschlüsse in einer oder zwei Dimensionen bevorzugt ausgedehnt und mit einer eingezeichneten
Orientierung parallel ausgerichtet sind, dadurch gekennzeichnet, daß als Halbleiterkörper
eine flache, sich vornehmlich in einer Ebene erstreckende Halbleiterschleife (1) mit
senkrecht zur Schleifenebene ausgerichteten Einschlüssen (2) vorgesehen ist, derart, daß die Sonde
unabhängig von der Stellung zur Magnetfeldrichtung immer die Projektion des Magnetfeldes auf
die Schleifenebene erfaßt.
2. Sonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterschleife als flacher
Halbring, Ring, Spirale, rechter Winkel oder Mäander ausgebildet oder aus Teilen dieser geometrischen
Formen kombiniert ist.
3. Sonde nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der einzelnen Windungen
der spiralförmigen Halbleiterschleife dem Abstand vom Spiralmittelpunkt verhältnisgleich
ist, derart, daß jede Windung der Spirale den gleichen ohmschen Widerstand aufweist.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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