DE1690068A1

DE1690068A1 - Magnetischer Widerstand

Info

Publication number: DE1690068A1
Application number: DE1967S0112393
Authority: DE
Inventors: Toshiyuki Yamada
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1966-10-13
Filing date: 1967-10-13
Publication date: 1972-02-17
Also published as: DE1690068C3; GB1200379A; US3519899A; FR1577237A; NL6713818A; DE1690068B2

Description

PATENTANWÄLTE

DIPL..ING. H. LEINWEBER dipl-ing. H. ZIMMERMANN

8 München 2, Rosental 7, z.Aufg.

Tei.-Adr. Ulnpat MOndwii Tei.fon (HII)MIfM

_den 17. April 1970

Uni.rZ.lch.n 2/Wy/C

S 112

Sony Corporation ... |

Magnetischer Widerstand

Die Erfindung betrifft einen magnetischen Widerstand aus einem Halbleiter mit erheblicher Eigenleitfähigkeit, in den Ladungsträger aus einem p-leitenden und einemji-leitenden Bereich injizierbar sind, die auf dem Halbleiter ausgebildet sind. Bei einem derartigen magnetischen Widerstand werden ausgezeichnete Kennwerte in magnetischen Feldern niedriger Intensität angestrebt.

Neuerdings besteht eine Nachfrage für eine Vorrichtung, die magnetische Felder einer Intensität in der Größenordnung von einem Kilogauss nachweisen und in Form eines elektrischen Ein-Aussignals anzeigen können. Dafür wurden die sog. Zungenrelais benützt, bei denen es bei Auftreten eines magnetischen Feldes zu mechanischem Schalten kommt. Die Schaltvorgänge führen jedoch wegen der Kontaktabnützung zu Verminderung der Lebens-

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Unterlagen ;\rt. 7 § 1 Abs. 2 Nr. I Satz 3 <J»a Xnderunosga·. v. 4. 9.

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dauer der Zungenrelais und führen außerdem zu unerwünschten Begleiterscheinungen, wie Lärm, Kontaktschnattern, Entladungen und dgl.

Zum Vermeiden dieser Nachteile wurde schon die Verwendung einer Vorrichtung vorgeschlagen, in der der Hall-Effekt in einem elektromagnetischen Meßgro'ßenumförmer verwendet und ein Halbleiter benützt wird. Bei magnetischen Feldern geringer Intensität ■ in der Größenordnung von ein Kilogauss liefert jedoch der Hall- . ^w Effekt nur einen sehr geringen Ausgang von beispielsweise isur einigen zehn Millivolt. Die den Hall-Effekt ausnützende Vorrichtung ist also bei magnetischen Feldern geringer Intensität nicht anwendbar. Weiter wurden auch schon Vorrichtungen vorgeschlagen, bei denen der Suhl-Effekt, ¥/iderstandsänderungen unter Einfluß des Magnetfeldes und ähnliches verwendet werden sollten. Auch bei diesen Vorrichtungen ist jedoch die Verwertung des Ausgangs bei.magnetischen Feldern geringer Intensität schwierig.

Erfindungsgemäß wird nun eine Vorrichtung vorgeschlagen, \ die vom aufgezeigten Hachteil frei ist. Sie besteht aus .einem Eigenhalbleiter, auf den zuo Injizieren von Ladungsträgern in Form von Elektronen und Löchern an bestimmten Stellen ein p-leitender und n-Ieitender Bereich ausgebildet werden und der an einer weiteren ausgewählten Stelle des Eigenhalbleiters einen Eekoabi-

nationsbereioh. aufweist.

¹V- ■ ' ■ -3-

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Der Begriff "Eigenleitung" wird hier für den ?all gebraucht _t das im iersischen Gleichgewicht Elektronen und löcher in einer Konzentration gleicher Größenordnung vorhanden sind. Die Konzentration der Elektronen soll dabei höchstens das zehnfache., der XScherkonzentration 'betragen und umgekehrt· Die beeten Ergebnisse werden sich freilich ergeben, wenn die Konzentrationen der, Elektronen und der Löcher einander gut nahe komnen.

Wird an dem erfindungsgemäßen Eagiie ti sehen Widerstand ein magnetisches Feld gelegt, so werden dieLadungsträger sus · Eekombinationsbereich hin abgelenkt· Dadurch wird die Laüungaträgerkönzentratian im Eigenhalbleiter verringert» Die' Äusgr.ngcstromstärke sinkt daher ab. Mit dem Abnehmen der AusgangeStromstärke vermindern sich zugleich auch die Spannungen, die an den Grenzschichten des Eigenhalbleiters mit den p-leitenden und den η-leitenden Bereich liegen. Durch die Abnahme dieser Spannungen sinkt zugleich der Injektionsvirkungsgrad. Der Widerstand des Eigenhalbleiters steigt also durch einen. Effekt an, der einer positiven Bückkopplung -χ 'ähnlich ist. Beim erfindunsegemäS ν erwendeten Eigenhalbleiter werden die Konaentrationen der Elektronen und der Löcher derart aufeinander abgestimmt, daß dia · Wirkung des Hall-Effekts möglichst gering ist und so die Verwertbarkeit der erfindungsgemäison Methode bei magnetischen ?oldern geringer Intensität steigt.

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BAE>

Ziel der Erfindung ist es also, einen neuartigen magnetischen Widerstand zu schaffen, der.bereits bei magnetischen Feldstärken von weniger als ein Kilogauss wirkungsvoll arbeitet. Der Ausgang des eriinaungsgeniäfien magnetischen Widerstandes an— dert dabei seine Richtung mit der Richtung des angelegten magnetischen Feldes. Der magnetische Widerstand soll- dabei in einen Transistor eingebaut sein· · * " ■

) Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung. In der Zeichnung . ist die Erfindung;:beispielsweise erläutert und zwar zeigen Fig. 1 vergrößert und scheraatiseh eine perspektivische

Ansicht einer Ausführungsfornt der Erfindung, Fig. 2 in einer graphischen Darstellung die Spanaungs-_

Stromkennlinie eines erfindungsgemäßen magnetischen Widerstandes,

\ Fig.-5A und 5B Schaltungen von den erfindungsgeiiäßen rnagno· t tischen Widerstand verwendenden Brückcnschaltungenj Fig. 4 in einer graphischen Darstellung für die Brücken-

schaltung nach Fig. -3 A die Ausgangsspannung auf ge- . t tragen über der Intensität des magnetischen Feldes, ' . ■ ■ .

Fig. 5 vergrößert eine perspektivische Ansicht einer weiteren 'Aüsführungsfora der Erfindung,\

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Flg. 6 eine symbolische Darstellung des in Fig. 5 gezeigten magnetischen Widerstandes,

Fig. 7 ein Blockschaltbild mit dem in Fig. 5 gezeigten magnetischen Widerstand,

Fig. 8 und 9 Kennlinien des erfindungsgemäßen magnetischen Widerstands,

Fig.10 vergrößert eine perspektivische Ansicht .einer weiteren Ausftihrungsform der Erfindung,

Fig,11 eine symbolische Darstellung des magnetischen Widerstandes von Fig. 10t

Fig.12A - 12H Verfahrensschritte bei der Herstellung eines erfindungsgemäßen magnetischen Widerstandes,

Fig. 15, 15 und 17 Schaltungen mit den erfindungsgemäßen

magnetischen Widerständen, . .

Fig. 14 und 16 Kennlinien der in den Fig· 15 und 15 gezeigten Schaltungen,

Fig· 18 schematisch einen veiteren erfindungagemäßen magnetischen Widerstand,

Fig, 19A - 196 graphische Darstellungen der Widerstandsabhängigkeit von der Intensität des Magnetfeldes beim erfindungsgemäßen magnetischen Widerstand,

Fig. 20 vergrößert eine perspektivische Ansicht einer weiteren Aueführungafora der Erfindung,

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fig,21 vergrößert und scheaatisch eine Ansicht zur Lrläuterung eine^Weiteren erfindungsgemäß en magnetischen Widerstandest und

Fig*22 in einer graphischen Darstellung die Kennlinien des magnetischen Widerstandes nach Fig· 21.

Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen magnetischen Widerstand Ί01, Dieser weist als Träger 110 einen Germaaium-Eigenhall¹-.

leiter auf, in den beispielsweise bei Raumtemperatur genügend , Ladungsträger, wie Löcher und Elektroniken injiziert werden können· D&r Träger 110 hat die Form eines rechtwinkligen Parallelepipeds von einer Dicke T und einez^eilie W von etwa 1 mm und einer Länge L von etwa 5 wa. Diese Abmessungen werden entsprechend den gewünschten Kennlinien des magnetischen Widerstandes gewählt· Auf zwei Endflächen des Trägers 110, beispielsweise auf seinen beidön kleinen Längsrichtungs-Endflächen sind ein p-leitender Bereich 105 tand ein n-leitender Bereich 104 mit hoher Störstellenkonzentration aufgebracht· Der magnetische Widerstand 101 weist also einen Bereich 102 mit Eigenhalbleitung auf, in den ausreichende Kengen von Ladungsträgern injiziert* werden können. Der p-leitende Bereich 103 und der n-leitendc Bereich 104 mit ihrer hohen Störstellenkonzentration sind auf zwei Endflächen des Bereichs 102 alt Eigenhalbleitung einander

gegenüber aufgebracht, was wirkungsvolle Injizierung von Ladungs-

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trägere in den Bereich 102 iait Elgenhalbleituug ermöglicht«

Der p~leitende Bereich 103 und der η-leitende Bereich 104 können auf den Bereich 102 ait Eigenhalbleitung beispiels- «eise durch Legieren, Diffusion oder Kristallsachstua) an der Oberfläche aufgebracht «erden. Insbesondere kann der p-leitende Bereich 103 auf ein Ende des aus Germanium bestehenden Trägers 110 dadurch aufgebracht werden, daß man Kit dieses eine In-Ga-Legierung legiert. Auf ähnliche Weise wird der n-ieiteoäe Bereich 104 auf die andere Seite des aus Germanium bestehenden Trägere 110 aufgebracht« inta canBit dieses eine Legierung aus Sn-Sb legiert, per p-leitende Bereich 103 und der n~leitende Bereich 104 müssea nicht unbedingt auf den beiden Endflächen des Bereiche 102 mit Eiganhalbleitung angeordnet werden. Ihre

Lageauß lediglich die Bedingung erfüllen, daß der Abstand 1

p- und dem · " " ' wischöi deffl/n-leitenden Bereich größer ist &!&■·■ L^ + bei Lßg und Lp. die Ladungsträgerdiffusionsstreckea des n- bzw. des p-leitenden Bereichs sind.

£rfindungsgemäß wird an einer bestimmten Stelle im Bereich 102 alt Eigenhslbleitung ein Bekoabinationsbereich 105 ausgebildet, in dem Rekosbiöations-Creschwindigkeii ubx Ladungsträger grofi ist. Der Hekouibinatlonsbereich 103 wird auf einer Seite 110a des aus Germanium bestehenden Trägers110 beispielsweise durch Aufrauhen oder Polieren ausgebildet, das mit Hilfe -. ■■■--. ■ · *

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ton Glaspapier oder einem Sandstrahlgebläse erfolgen kann· Durch diese Behandlung wird die Regelmäßigkeit des Gitters im Träger 110 gestört und dadurch die Bekombinationsgeachwindigkeit heraufgesetat. Bekombinationszentren können auch als cog· "Todesstellen" durch Eindiffundieren Ton Cu, Au, Fe od. dgl., erhalten werden· Das Eindiffundieren in den aus Germanium begehenden Träger 110 erfolgt dabei ebenfalls von der Seite Ί 10a »aus· Ea entsteht eine Schicht alt angehobener Bekomblnatiox Wahrscheinlichkeit und damit eben der Eekoiabiüationsbereich 105· SelbetTerständlich muß der Eekomblnatlonsbereich nicht notwendigerweise an der Oberfläche des Bereichs 102 mit Eigenhalbleitung liegen· Er kann auch innerhalb dieses Bereiches untergebracht werden.- Die Ausbildung des Eekomhinationsboreichs kann auch noch mit der folgenden Methode vervollständigt werden.

Ein Halbleiter hat nämlich an seiner Oberfläche von sich I aus bereits eine hohe Rekombinationsgeschwindigkeit· !!an kann nun den Träger 110, der den Bereich 102 mit Eigenhalbleitung darstellt, beispielsweise mit dreieckigem Querschnitt ausbilden und ihn dann In Beiug auf die Blchtung des auf ihn einwirkenden magnetischen Feldes asymmetrisch anordnen, Der Teil mit der größeren Ausdehnung der Oberfläche längs einer Kants des Breiecks kann dann ale Kekoebia&tionsbereieh 105 benütst verden» SelbstverstSadllßh kann der HekoBbinatlonsbereleii 105 auch durch beliebiges Kombinieren

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der angeführten Möglichkeiten gewonnen werden* Der p-leitende Bereich 103 steht in ohmsehem Kontakt mit einem Anschlußdraht 106 und ebenso steht der η-leitende Bereich 104 in ohmsehem Kontakt mit einem Anschlußdraht 107.

An den so aufgebauten magnetischin Widerstand 101 wird eine Vorwärtsspannung angelegt* Es wird also an den Anschlußdraht 106 ein positives und an den, Anschlußdraht 107 ein negatives Potential angelegt. Auf diese Weise werden in den Bereich 102 mit Eigenhalbleitung vom p-leitenden Bereich 103 und vom | η-leitenden Bereich 104 Löcher bzw. Elektronen injiziert. Da- ^ durch wird die Leitfähigkeit im Bereich 102 mit Eigenhalbleitung verändert und ein großer Stromdurchgang durch diesen ermöglicht. Läßt man dann auf den Bereich 102 mit Eigenhalbleitung ein Magnetfeld H einwirken und zwar in einer auf der Richtung des Stromdurchgangs/^effinaen Richtung, so werden Elektronen und Löcher in einer Richtung abgelenkt, die auf den Richtungen des Magnetfelds und des Stromdurchgangs senkrecht steht. Bewirkt das Magnetfeld H beispielsweise eine Ab- ' lenkung der Elektronen und der Löcher in Richtung auf den Re- ^; kombinationsbereich 105» so kommt es zu einer sehr schnellen \ ' Rekombination der Elektronen und der Löcher miteinander, durch die sie sich neutralisieren. Die Stromstärke fällt also ! ab und der Widerstand des Bereichs 102 mit Eigenhalbleitung i steigt an. . .

Mit dem Ansteigen des Widerstands des Bereichs mit ; Eigen- ί

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halbleitung unter der Wirkung des Magnetfeldes II nehmen die Spannungen an den Grenzschichten zwischen dem p-1 eitenden Bereich 105 und dem Bereich 102 mit Eigenhalbleitung einerseits und dem η-leitenden Bereich 104 und dem Bereich 102 mit Eigennalbltitung andererseits ebenfalls ab· Damit sinkt gleichzeitig dl· Injektionsrate der Elektronen und der löcher· Das bewirbt . ein weiteres Ansteigen des Widerstandes des Bereichs 102 mit Eigenhalbleitung· Sines der Merkmale des magnetischen Widerstandes 101 ist also, daß eine Art poaittyer Rückkopplung eintritt, duroh die die Heaaempfindlichkeit des magnetischen Widerstandes 101 hinaufgesetat wird. Entsteht unter Einfluß des Hagnetfeldec H eine Hall-Spannung» so Übt diese auf die ladungsträger eine"' " ■ Kraft aus» die sie vom Hekombinationabereich 105 wegtreibt und '■ damit die Hessempfindlichkeit des magnetischen Widerstandes 101 absinken läßt· Die Möglichkeit Mt das? Entstehen einer Hall-Spannung nuß deshalb gering gesacht werden· Zum Vermeiden der ungünstigen Wirkung der Hall-Spannung ist der Technik die Bezie-; hung -. >^1 bekannt» voria η und ρ für lea Bereich, 102 mit Eigenhalbleitung die Ansah! der Elektronen bsw. der !(Scher im

Ss soll aua die Aosahl der Blektroßen la Siaheltstolumen des Btreiche 102 mit Eigeahalbleituag mit n_Q und £1® Anzahl der 1« EiaheitsYdiumen &e* Bereichs 102 mit Mgenh&Lbleitung

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BAD ORiQiNAL

als P₀ bezeichnet werden. Die in den Bereich 102 mit Eigenhalbleitung vom η-leitenden Bereich 104 bzw. vom p-leitenden Bereich 103 pro Einheitsvolumen injizierten Elektronen- und Löcherzahlen werden mit n¹ und p¹ bezeichnet. Wählt man diese Größen wie folgt

η «■ - 1 χ 10 cm ο

P₀ = 0. 9 x 1O¹³Cm-³ ti¹ * ρ' « 10 χ 10 cm

so ergibt sich

-ix χ η = η¹ + η « 11 χ 10 ^cm ^J

ρ β ρ¹ + ρ =10. 9 χ 1O¹³Cm ³

Man erhält also

η + ρ 21. 9 x 10¹³ - οία

5^" ο. 1 χ 10^ " ^iy#

Sind der p-leitende Bereich 103 und der η-leitende Bereich 104 nicht vorhanden und werden deshalb in den Bereich mit Eigenhalbleitung Elektronen und Löcher nicht injiziert, so gilt

P = P₀

Damit erhält man

η + ρ η + ρ 1. 9 .■

= = =19

η - ρ η₀ - ρ₀ 0. 1

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Man sieht also, daß durch das Injizieren der Löcherund Elektro- _: nan in den Bereich 102 mit Eigenhalbleitung die Wirkung der Hall- , Spannung vermindert wird· Auch darin ist ein Merkmal der Er findung zu sehen· Der oben beschriebene magnetische Widerstand 101 nach der Erfindung ist nämlich gerade derart aufgebaut, daß ausgehend vom p-leitenden Bereich 105 und vom η-leitenden Bereich 104 Löcher bzw. Elektronen in den Bereich 102 mit Eigenhalbleitung injiziert werden. Diese erfindungsgemäße Anordnung ist so wirkungsvoll, daß selbst bei Verwendung eines bei thermischen ' ' Gleichgewicht keine Eigenhalbleitung aufweisenden Halbleiters : durch injektion Ton Löchern und Elektronen in diesen die. negative Wirkung der Hall-Spannung ausgeschaltet wird.

Benützt man beispielsweise Silicium als Halbleitermateria3< bei dem es bei Baumtemperatur meist schwierig ist Eigenhalbleitung zu erzielen, so kann erfindungsgemäß durch Injizieren gleicher Zahlen von Löchern und Elektronen auch in diesem Fall die ungünstige Wirkung der Hall-Spannung ausgeschaltet werden· ·.

Ein Hagnetfelderzeuger 90 wird derart angeordnet, daß seine Polstücke 91 und 92 auf einander gegenüberliegenden Seiten des magnetischen Widerstandes 101 zu liegen kommen· Pie Pol stücke 91 und 92 werden durch einen Arm 95 verbunden, auf dem sum Erzeugen des magnetischen Feldes eine Erregerwicklung 94 sitzt.

Steuerung und Stromversorgung erfolgt durch eine Yorrich-

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tung 95, die mit der Erregerwicklung 94 in Verbindung steht. Die Vorrichtung 95 hat einen Eingang 96, dessen Bedeutung weiter unten noch naher erläutert wird. Durch den Eingang kann auf die Vorrichtung 95 beispielsweise ein Steuersignal rückgekoppelt werden, mit dessen Hilfe die erfindungsgemäße. Vorrichtung als Oszillator oder Verstärker arbeiten kann. Klemmen 98 und 99 dienen der Vorrichtung 95 beispielsweise als Netzanschluß oder als Verbindung mit einer anderen geeigneten Kraftquelle. ;

In Fig. 2 sind Strom-Spannungskennlinien angegeben, die man mit dem magnetischen Widerstand 101 erhält, wenn auf ihn ein Magnetfeld von 1 Kilogauss einwirkt. Die Kennlinie 108 stellt eine ohne Magnetfeld-Einwirkung erhaltene Kenn- j linie dar, während die Kennlinie 109 mit Magnetfeld erhalten \ wurde. Als Abszisse ist die am magnetischen--Widerstand Iiegen4 de Spannung in Volt, als Ordinate ftr äurch ihn fließende Strom in *A aufgetragen« Mattvnfcfttmt au» Fig. 2_Φ daB der Widerstand eines sagpetisehen IMeiritaisäa 101, auf dem ein Magnetfeld τοη 1 Kilogattse -tiiiwirirfet bei 1ÖÖ fölt fünfzehnmal so groB* ist» wie 4er fiiersiaBt #er ibwefenheit eines Magnetfeldes« Selbet b@l einer .gttKUK-lcl«itttB Sfaaamng ?·οη btispielsweii« 10 lolt ist #®φ fiitirsttiid d*s mmttr liifluß des Magnetising stehenden wirpMimhsn l|dt^ii@Eiii ~ 101 imer noea ;do^sll-sö gi^tliyitrrtttiiitisteia^IM^stisi iss nicht" tttiier. Sinflnd/des
erhält also itt

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lichen magnetischen Widerständen sehr große V/ideratandsäüderimgen·

Wird andererseits das Hagnötfeld H an den magnetischen ·. Widerstand 101 in einer Richtung angelegt, die zur oben acgeführ-» tea Bichiung entgegengesetzt ist, so werden die ladungsträger zu der dem Rekombinationabereich 105 gegenüberliegenden Seite des magnetischen Widerstandes 101 geführt· Der Strompfad entfemt eich damit ganz allgemein vom Rekoiabinationsbereich .105 und der Verlust an Ladungsträgern im Bereich 102 mit ^igcnhalbleitung kann so herabgesetzt werden. Dadurch wird die nittlere ^v. lebensdauer der ladungsträger erhöht und als Ergebnis steigt ν der den magnetischen Widerstand 101 durchsetzende Strom cn, was

■ " -t-

als negativer asgaetleeher V&derstand bezeichnet werden kann. j Wird in eiBfa solchen Fall die Fora des magnetischen Widerstandes 10t iiaei dit 0bsrfiätiteii-»Btköfebiaatl©s3ges©li*!ißdi^tit pas·*·' -; send gewählte «@ km®, mm ife Si* »©gaiitβ Jtannlinie 'die gleichen

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btl Magaeyf^ldsm öi^dri^r Stärke

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Der erfindungsgemäße magnetische Widerstand ist dabei insbe- !

sondere für Magnetfelder niedriger Intensität von unter 1 j. Kilogauss nützlich. Da er weiter auch eine negative magnetische Widerstandskennlinie aufweist,'ersehließen sich ihm auch neue

Anwendungsgebiete. Fig. 3-zeigt eine Brückenschaltung 110b ;

mit einem erfindungsgemäßen magnetischen Widerstand 101 und !

Widerständen IL, Rp und"Bt. Man erhält einen Vierpol, der dem |

herkömmlichen Hall-Element entspricht. Fig. 4 zeigt dafür die ■ Beziehung zwischen Ausgang und Intensität des Magnetfeldes.

So zeigen Kurven 111, 112 und 113 die zwischen den Klemmen : *

b-j und bp erzeugten Ausgangs spannungen in Abhängigkeit von der , Intensität des Magnetfeldes und-für über die Klemmen a-.und
a₉ gelegte Spannungen von 6, 9 bzw. 12 Volt. Aus der Figur
ergibt sich, daß bei einem Magnetfeld mit 1 Kilogauss die
Empfindlichkeit der Brückenschaltung 110b gegenüber herkömmlichen Hall-Elementen um einen Faktor 100 bis 1000 verbessert ist. Legt man den Ausgang des magnetischen Widerstandes an
den Eingang 96 der Vorrichtung 95 für Steuerung des magnetischen Feldes, so erhält man einen Oszillator oder einen RückkopplungsU verstärker. Zum gleichen Ergebnis kommt man mit den anderen ' , Ausführungsformen der Erfindung.

Werden auch die Widerstände R-j, B2 und R* durch erfin- j dungsgemäße magnetische Widerstände 101 ersetzt, so erhält
man die Brückenschaltung 110c von Fig. 3B. Diese Brückenschal- ? tung hat eine weiter verbes- ι

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ßerte Messempfindlichkeit und verläßt bei Spannungs- und Temperatur-Schwankungen nicht den abgeglichenen Zustand.

Benutzt man den magnetischen Widerstand zusammen alt einem Transistor, einer Viersohicht-Schalt-Diode oder anderen Festkörper-Bauelementen, so erhält man magnetische Schalter und andere Kreise. Der erflndüngsgemäße magnetische Widerstand kann auch in Festkörper-Schaltanordnungen verwendet werden.

Im oben angeführten Beispiel wurde davon ausgegangen, daß der magnetische Widerstand einen aus Germanium bestehenden Träger aufweist. Dieser Träger kann jedoch auch aus einer intermetallischen Verbindung bestehen. Als Beispiel sei eine Logierung aus Silicium mit Gallium-Arsenid genannt.

• Fig. 5 zeigt in einer weiteren Ausführungsforo der Srfin- ;. dung dung ein Halbleiterbauelement 216 während dem Zusammenbau. ^; Dabei 1st ein n-leltender Bereich 204 auf eine Oberfläche 210a eines Trägers 210 aufgeformt, der aus einem Eigenhalbleitcr besteht. Auf dem Träger 1st ein Bekoabinationsbereioh 205 vorgesehen. Ein zweiter !Haltender Bereich 214 ist beispielsweise auf einer Oberfläche 210b ausgebildet, die der Oberfläche 210a gegenüberliegt. Der zweite umleitende Bereich 214 hat vom ersten D-leitenden Bereich 204 einen Abstand d. Gegenüber von den boidcu ableitenden Bereichen ist auf der anderen Endfläche des Trägers

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210 ein p-leitender Bereich 203 vorgesehen. Die η-leitende Bereiche 204 und 214 können auf den Träger 210 durch legieren, Diffusion, Qberflächenkristallwaohstum od* dgl. aufgebracht wer- .

.1

den, vie das veiter oben bereits für den η-leitenden Bereich 104 des magnetischen Widerstandes 101 beschrieben wurde. Dafür kann beispielsweise eine legierung aus Zinn und Antimon Vervendung finden. Die beiden η-leitenden Bereiche 204 und 214 bilden zwei Grenzschichten J« und J₂ ait einem Bereich 202 mit Eigenhalbleitung· Ci)* In diesen können ausreichende Mengen von Ladungsträgern injiziert werden. Man erhält ein Halbleiterbauele* ment vom Typ n-i-n_t in den die Grenzschichten J₁ und J₂ laitter- und Kollektor-Grenzschichten, der Bereich 202 einen Basisbereich, und die n- leitenden Bereiche 204 und 214 Emitter- und Kollektor-Bereiche darstellen.

Auf dem Träger 210 sind bei einer derartigen Anordnung j demnach gleichzeitig der magnetische Widerstand und ein Transi- j stör ausgebildet. Pas anhand von Fig. 5 erläuterte Bauelement 216: ist in Fig. 6 symbolische dargestellt* Babel liegt am p-leiten- ; den Bereich 205 eine AnsohluSklemme 215a, aa ersten n-leitenden Bereich die Anschlußklemme 21$o und an sweiten η-leitenden Bereich die Anschlu3kleame 215c

Es sollen nun die elektifeoheii Eigenschaften des Halblei- ; terbaueleaentee 216 beschrieben werden· Es wird angenommen, daB

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an den Anschlußklemmen 215a und 215b und damit an den beiden Elektroden des magnetischen Widerstandes eine Spannung Vab und an den Ansehlußsteilen 215b und 215c, also zwischen Kollektor und Emitter des Transistors eine Spannung Vbc liegt (vgl. Fig. 7). In diesem Fall zeigt der an der Anschlußklemme 215a des Halbleiterbauelements 216 austretende Strom lab in Abhängigkeit von der Spannung Vbc die in Fig 8 gezeigten Kennlinien. Man erhält ohne Einfluß eines Magnetfeldes die Kennlinie 217. Ist das Halbleiterbauelement 216 einem Magnetfeld H. von einer solchen Richtung unterworfen, daß die durch den Bereich 202 mit Eigenhalbleitung tretenden Ladungsträger vom iekombinationsbereich 205 weggelenkt werden, so erhält man die Kennlinie 218. Steht das Halbleiterbauelement 2.16 jedoch unter dem Einfluß eines Magnetfeldes -H. von zum Magnetfeld H. entgegengesetzter Wirkrichtung, so erhält man die Kennlinie 219. Der Strom Ibc zwischen den Anschlußklemmen 215h und 215c des Halbleiterbauelementes 216 zeigt über der Spannung Vbc aufgetragen die in Fig. 9 gezeigten Kennlinien. Kennlinien 220 erhält man ohne Wirkung von Magnetfeldern und die Kennlinie 220a und 220a¹ erhält man, wenn das Halbleiterbauelement 216 Magnetfeldern H» und -H. unterworfen wird. Es handelt sieh also um Strom-Spannungskennlinien, die man bei steigendem und fallendem lab erhält. Die Kennlinie 220' gilt für den Fall, wenn der Strom lab » 0 gemacht wird.

\ ■ Erfindungsgemäß kann also für den mit einem Transistor ί zusammengebauteii magnetischen Widerstand die Kennlinie in ; Abhängigkeit vom Magnetfeld nach Fig· 9 geändert werden, während gleichzeitig

_: -^: " ■■■ ' \ Λ. 19 -

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die dem Transistor eigentümliche Flachheit der Kennlinien erhalten bleibt

Iq eben beschriebenen Beispiel besteht das Halbleiterbauelement 216 aus einer Kombination eines n-l-n-Transistors mit eines magnetischen Widerstand. Selbstverständlich kann aber sit dem magnetischen Widerstand auch ein p-i-p-Transistor verwendet «erden, wie das in Fig· 10 gezeigt ist. Hier ist gegenüber dcra ersten p-leitenden Bereich 203 ein zvTeiter p-leitender Bereich 213 vorgesehen. Zwischen den beiden p-leitenden Bereichen 202 Λ und 213 und den Bereich 202 mit Eigenhalbleitung bilden sich Grenzschichten J-j¹ und ^* aus. Diese stellen Emitter- und Kollektor-Grenzschichten, dar, während der Bereich 202 mit Higenhalbleitung und die beiden p-leitenden Bereiche 203 und 213 als Basis-, Emitter- bzw« Kollektor-Bereiche dienen. Ein derartig aufgebautes Halbleiterbauelement 216 ist in Fig; 11 symbolisch gezeigt.

Bei den Halbleiterbauelementen 216 von Fig. 5 und 10 sind die Bereiche 203, 213 bzw. 204, 214 auf Oberflächen 21Oa und 210b \ des aus Halbleitermaterial bestehenden Trigers 210 ausgebildet. Selbstverständlich kann das Halbleiterbauelement 216 aber auch in der sog. flachen Bauweide ausgebildet werden, bei der die Bereiche 203» 213, 204 bzw. 203, 204, 214 mit den Anschlüssen an den Transistor /.und an den magnetischen Widerstand alle auf der \ gleichen Seite, beispielsweise der Oberfläche 21oa des Trägers 210 Yorgesehen werden.

Die Herstellung eines derartigen^sog. flachen Halbleiter-

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bauelemente unter Verwendung eines Trägers aus Silicium wird nun anhand der Fig. 12 beschrieben. Man beginnt mit deia Horstellen eines sog. Y-Siliciuni-Trägers 210, in den ausreichende Mengen von Ladungsträgern injiziert werden können und in dem dio Störstoffkonzentration so niedrig ist, daß er als Bereich 202 ait EigenhalWätung für einen aagnetischen Widerstand 201 dienen kann. Der Träger 210 ist auf seiner gesamten Oberfläche von einer Isolierschicht 221 aus SiO2 überzogen ist. Diese kenn"nan durch thermische Zersetzung, Aufdampfen, Oberflächenoxidation od. dgl. erhalten. Die Isolierschicht 221 auf der einen Oborflä ehe 210a des Trägers 210 wird danti durch lichtätzung od. dgl. entfernt. Es entsteht ein.Fenster 221a. Darauf wird ein Stüratoi'f, der. beispielsweise zu einer p-leitfähigkeit führt, durch das Fenster 221a in den Träger 210 eindiffundiert. Man erhält so einen p-leitenden Bereich 214, der schließlich den Kqllektorbereich eines Transistors 211 darstellen wird. Dabei entsteht durch die Wärme- oder Diffusions-Behandlung, die zum Herstellen des Bereiche 214 notwendig ist, neuerlich eine Isolierschicht 221». Diese wird anschließend beispielsweise wieder durch Lichtätzung teilweise entfernt, wodurch nar^ ein Fenster 221b erhält. Es wird nun ein Störstoff eines den des Bereichs 214 entgegengesetzten Leitfähigkeittyps, also hier ein zu η-Leitfähigkeit , führender Störstoff in den p-leitenden Bereich 214 eindiffundiert und gleichzeitig teilweise auch in den Bereich 202. Die . Diffusionskonzentration des Störstoffs wird in dfeseia Falle sehr klein gewählt. Dadurch entsteht ein sog. !-Bereich 202·, während der Iq den Bereich 202 hineinragende Teil ein i-leitender Bereich 202" ist. Bei dem eben geschilderten Diffusionsvorgang entsteht

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BAD ORfGiNAL

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auf dem Bereich 202· wieder eine Isolierschicht 221··. In diese wird wieder durch Fotoätzung ein Fenster eingebracht durch das ein Störstoff des gleichen Leitfohigkeitstypa, wie der des Bereichs 214, in den Bereich 202· eindiffundiert wird. Man erhält so einen p-leitenden Bereich 204» der an der Oberfläche 210a liegt. Dieser Bereich wird nach Fertigstellung des Halbleiterbauelements als Emitterbereich für den Transistor 211 dienen. Gleichzeitig ist dieser Bereich eine Elektrode des magnetischen Widerstandes 201. Anschließend wird eine ausgewählte Fläche eier Isolierschicht 221 an einer anderen Stelle der Oberfläche 210a des aus Silicium bestehenden Trägers 210 gleicherweise durch Lichtätzung entfernt· Durch das entstehende Fenster wird in deo Träger 210 ein n-leitfähigkeit bewirkender Störstoff eindifiundiert· Es entsteht der o-leitende Bereich 205, der nach Fertigstellung als andere Elektrode dee magnetischen Widerstandes 201 dient. Der n-leltende Bereich 203 kann auch bereits vor lusbildung der Bereiche 214, 202' und 204 oder gleichzeitig mit der Ausbildung des Bereichs 202· in den Träger 210 eingebracht i?erden. Anschließend wird die Isolierschicht 221 auf der Oberfläche < 210a oder der ihr gegenüberliegenden Oberfläche 210b des Triers 210 teilweise entfernt um den Bekombinationsbereich 205 auszubilden, (vergleiche Fig. 10). Man erhält auf diese Weise ein erfindungegemäßes Halbleiterbauelement 216, das einen aus den Bereichen 204, 202· und 214 bestehenden Transistor 211 und einen magnetischen Widerstand 201 aus einem Bereich 202, in den ausreichende Mengen too Ladungsträgern injiziert werden kSnnen, sowie Bereichen

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2098 OS/$436 .
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202', 203 und 204 besteht. Auf das Halbleiterbauelement wir! dabei ein Magnetfeld Hd oder -Hd ein, dessen Richtung zur Richtung des Stromdurchgangs also zur Papierebene von Fig. 12-H senkrecht steht.

Bei einer derartigen Anordnung liegen die Bereiche 203, 204 und 214, von denen Anschlußklemmen 215a, 215b und 215c des magnetischen Widerstandes 201 und des Transistors 211 nach außen geführt werden, alle auf einer gemeinsamen Oberfläche 210a des aus Silicium bestehenden Trägers 210. Bei einem derartigen Aufbau ist das Anbringen von Elektroden auf den «inzelnen Bereichen zum Erhalt von Anschlußklemmen durch Aufdampfen oder dergleichen erleichtert. Außerdem ist dann die Spannungsfestigkeit verbessert, da alle Grenzschichten von der Isolierschicht 221 abgedeckt sind. Durch teilweises Entfernen der Isolierschicht 221 auf den Bereichen 203, 204 und 214 kann man mit diesen Elektroden 222a, 222b und 222c in Ohm¹ sehen Kontakt bringen. Über diese stehen die Anschlußklemmen 215a, 215b und 215c mit den Bereichen 203, 204 bzw. 214 in Verbindung.

Im oben betriebenen Beispiel wurde der Rekombinationsbereich 205 erst nach den Bereichen 203, 204 und 214 ausgebildet. Selbstverständlich sind darin verschiedene Änderungen möglich und so kann der Rekombinationsbereich beispielsweise auch bereits vor den erwähnten Bereichen ausgebildet werden. Außerdem wurde oben ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelementes 216 beschrieben, bei dem der magnetische Widerstand 201 und ein Transistor vom p-i-p-Typ miteinander kombiniert werden. Selbstverständlich kann der magnetische Widerstand gleicherweise mit einem Transistor vom n-i-n-Typ kombiniert werden, wie das auf den Fig. 12 durch die Angaben in Klammern angedeutet ist.

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BAD

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Erfindungsgemäß erhält man ein Halbleiterbauelement 216, das eine Kombination eines magnetischen Widerstandes 201 mit einem Transistor 211 darstellt und dessen Transistorkennlinien in Abhängigkeit von auf es einwirkenden magnetischen Feldern geändert werden können.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird im folgenden anhand der Fig. 13 bis 17 ein Schaltungsbeispiel des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelementes erläutert.

Fig. 13 zeigt eine Schaltung, bei der die Ausgangsspannung in Abhängigkeit von einem von die Schaltung einwirkenden " Magnetfelds geändert werden kann. Das Magnetfe] ^f soll in Fig-13 senkrecht auf der Papierebene stehen. Zwei erfindungsgemäße Halbleiterbauelemente 216A und 216B mit entgegengesetzter magnetischer Charakteristik sind über ihre Anschlußklemmen 215a mit einer gemeinsamen Energiequelle230 verbunden und über ihre Anschlußklemmen 215b geerdet. Zwischen den Anschlußklemmen 215a und 215c der Halbleiterbauelemente 216A und 216B liegen magnetische Widerstände 201A bzw. 201B, die in ihrem Aufbau dem magnetischen Widerstand 101 von Fig. 1 entsprechen und magnetische Eigenschaften haben, die denen der Halbleiterbau- , elemente 216A und 216B bei Einwirkung des oben erwähnten magnetischen Feldes entgegengesetzt sind. Sind nun die statischen Kennlinien der Halbleiterbauelemente 216A und 216B und die Last der magnetischen Widerstände 201A und 201B durch Kurven 231 und 232 von Fig. 14 gegeben und ist ihre Betriebsspannung bei Abwesenheit eines Magnetfeldes Y^, so bewirkt das auf . dem Papierblatt von Fig. 13 senkrecht stehende Magnetfeld

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BAÖ ORIGINAL

H¹ die durch Kurven 231A und 231B von Fig. 14 angegebenen Änderungen der Kennlinien der Halbleiterbauelemente. 216A und 216B. Gleichzeitig bewirkt das Magnetfeld H¹ durch die Kurven 232A und 232B von Fig. 14 gezeigte Laständerungen der magnetischen Widerstände 201A und 201B. Dadurch werden die Betriebspunkte der.Halbleiterbauelemente ,216A und 216B verschoben, und an Klemmen 233A und 233B liegen Spannungen V^ und Yn. Entsprechend ist die über den Klemmen 223A und 233B liegende Spannung V* gegeben durch V¹ * Vg- .V., wie. das an Fig. 14 abgelesen werden kann. Die aSpannung V* ist mit der intensität des Magnetfeldes H veränderlich.

In Fig. 15 ist ein Beispiel gezeigt, bei dem zwei Transistoren von unterschiedlichem Leitfähigkeitstyp und zwei Halbleiterbauelementen 216p und 216n verwendet werden, deren magne-) tische Eigenschaften bei Anwesenheit eines auf dem Papier von • Fig, 15 senkrecht stehenden Magnetfeldes einander entgegengesetzt sind. In diesem Fall sind die Halbleiterbauelemente216p und 216n über Anschlußklemmen 215b und 215a mit einer Energie- " quelle 237 verbunden und über Anschlußklemmen 215a¹ und 215b¹ \ geerdet. Gleichzeitig sind sie über ihre Anschlußklemmen 215c miteinander verbunden.

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BADÄGJNAL '

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Geben die Kurven 234p und 234n von Fig. 16 die Kennlinie der Halbleiterbauelemente 216p bzw. 216n bei Abwesenheit eines Magnetfeldes H und wird durch Anlegen eines Magnet- * ." feldes H¹ in einer in Fig. 15 zum Papier senkrechten Sichtung dieses Kurvenpaar in Kennlinien 235p und 235n geändert, so erhält man an einer Klemme 236 eine Spannungsdifferenz Vg in Form einer Spannungsänderung» die durch die Schnittpunkte der Kurven 234p und 234n bzw. 235p und 235n gegeben ist und damit davon abhängt» ob ein Magnetfeld H\ angelegt ist oder nicht. Durch das Magnetfeld kann also eine Schal tvirkung auf die Spannung ; erreicht werden.

Bei dem in Fig. 17 gezeigten Beispiel sind zwei Halbleiterbauelemente 216A^r und 216B* und magnetische Widerstände 201A' und 201B^f der weiter oben im Zusammenhang mit Fig· 1 ' beschriebenen Bauart zu einer Flip-Flop-Schaltung zusammenge- ' * schaltet» die durch auf sie einwirkende magnetische Felder steuerbar ist· Selbstverständlich kann das erfindungsgemäße Halbleiterbauelement auch bei einer ganzen Anzahl von anderen Schaltungen erfolgreich eingesetzt werden*

Bei.den vorgeführten Beispielen war der magnetische Widerstand derart mit einem Transistor kombiniert, daß Basis und

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BAD ORIGJNAi« !

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Emitter des Transistors als Teile des magnetischen Widerstandes dienen. Selbstverständlich kann erfindungsgemäß auch ein Halbleiterbauelement mit vorbestimmten magnetfeldabhängigen Eigenschaften hergestellt werden, indem der magnetische Widerstand mit verschiedenen anderen Halbleiterbauelementen, insbesondere verschiedenen Schaltelementen zusammengezogen wird.

Fig. 18 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Bei dieser wird ein Träger 302 aus Germanium verwendet, in den Ladungsträger, wie Löcher und Elektronen in genügender Anzahl injiziert werden können und der bei Baumtemperatur ein Eigenhalbleiter ist. Der Träger 302 hat die Form eines rechtwinkligen !Parallelepipeds von 1 mm Dicke und Breite und 5 mm Länge Seine Abmessungen werden selbstverständlich unter Anlehnung an die erwünschten Eigenschaften des Halbleiterbauelementes ausgewählt. Es ist ein Halbleiterbereich 303 vorgesehen, über den. das Injizieren der Ladungsträger in den Träger 302 aus Germanium vorgenommen werden kann. Auf den beiden Endflächen des Trägers 302 in Längsrichtung sind p- und η-leitende Bereiche 304p und . 3O4n mit relativ hoher Störstoff konzentration aufgebracht, wodurch wirkungsvolles Injizieren der Ladungsträger in den Träger 302 erleichtert ist. Die p* und η-leitenden Bereiche 304p und ; 304n können beispielsweise dadurch hergestellt werden, daß man

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BAD ORIGINAL

mit der einen Endfläche des Trägers 302 eine In-G-a-Legierung und mit der anderen Seite eine Sn-Sb-Legierung verbindet.

Weiter werden auf einem Paar einander gegenüberliegender Seiten des Trägers 302 zwei Rekombinationsbereiche 3O5A und 305B derart ausgebildet, daß sie einander auf zwei Seiten der Mittelachse 0-0 des Ladungsträgerdurchgangs im Halbleiterbereich 303 zwischen dem p-leitenden und dem η-leitenden Be- ^ reich 304p und 3O4n gegenüberliegen.

• Die fiekombinationsbereiche 3O5A und 3O5B werden dadurch erhalten, daß man von der Oberfläche des Halbleiters 301 her einen Storstoff_v wie Au, Cu, Ag, Zn, Mn, Fe, Ki, Pt o. dgl. eindiffundieren läßt, der die fiekombinationszentren bildet. Die Störstoffkonzentrationen in den Rekombinationsbereichen 305A und 305B, also beispielsweise die Oberflächenkonzentrationen

15 3

IL und Ng sollen beispielsweise 10 Atome/cm betragen. .

An den Halbleiter 301 wird eine Vorwärtsspanmmg angelegt, d.h.. an eine Klemme 324p des p-leitenden Bereiches 304p wird ein positives Potential und an eine Klemme 324n eines n-leitenden Bereichs 304n ein negatives Potential angelegt. Pas führt dazu, daß vom p-leitenden Bereich 304p Löcher und vom n-leitenden Bereich 3O4n Elektronen in den Halbleiterbereich 303 in-

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jiziert werden. Die dadurch erhaltene Leitfähigkeitsmodulation ergibt hohe Durchflußstromstärken. Wird unter solchen Bedingungen der Halbleiterbereich 303 dem Einfluß eines magnetischen Feldes H ausgesetzt, das zur Richtung des Stromflusses senkrecht und zu den Bereichen 3O5A und 3O5B parallel ist, so werden die Elektronen und Löcher in gleicher Richtung abgeleitet. Hat das Magnetfeldpaar eine solche Richtung, daß die Elektronen und die Löcher zu einem der Rekombinationsbereiche hin, also beispielsweise zum\Rekombinationsbereich 3O5A hin abgelenkt werden, so werden die abgelenkten Elektronen und Löcher sehr rasch miteinander rekombinieren und dadurch den Stromfluß Tierabsetzen und den Widerstand anheben.

Wird der Halbleiter 301 einem Magnetfeld -H ausgesetzt, dessen Richtung der des Magnetfeldes H entgegengesetzt ist, so werden die Ladungsträger zum Rekombinationsbereich 3O5B hin abgelenkt. Der Strompfad wird also vom Rekombinationsbereich 305A abgerückt und dem Rekombinationsbereich 3O5B angenähert. Dadurch wird ebenfalls die Anzahl der Ladungsträger im Halbleiterbereich 303 abgebaut und die mittlere Ladungsträgerlebensdauer herabgesetzt. Damit nimmt gleichzeitig der Strom ab und der Magnetwiderstand zu. .

Werden Flächenausdehnung, Form und Störstoffkonzentrationen der Rekombinationsbereiche 3O5A und 3O5B passend ge-

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wählt und die Bereiche symmetrisch zu Ebenen angeordnet, die die Mittelachse 0-0 des Ladungsträgerdurchgangs enthalten und außerdem die Richtung des Magnetfeldes H oder -H, die die Mittelachse 0-0 im rechten Winkel schneidet, so kann die mittlere Lebensdauer bei Einwirkung des Magnetfeldes H die gleiche sein, wie bei Einwirkung des Magnetfeldes -H* Die Widerstandsänderung Δ R, die durch die magnetischen Felder H und -H hervorgerufen wird, ist dann bei Abwesenheit eines Magnetfeldes im Minimum und zeigt bei Auftreten der Magnetfelder H und -H die durch Kurve 306b Ton Fig. 19A gezeigte symmetrische Kennlinie.

Ein Halbleiterbauelement mit einer derartigen vom Magnetfeld abhängigen Widerstandskennlinie kann beispielsweise zur Messung von Magnetfeldintensitäten benützt werden. Wird dabei die Richtung des Magnetfeldes derart gewählt, daß sie mit der ohne Magnetfeld auftretenden Richtung des Ladungsträgerdurchgangs einen rechten Winkel bildet und werden die Ladungsträger so durch das''Magnetfeld'hin Richtung der Rekombinationsbereiche 305A bzw. 305B abgelenkt, so kann durch Messen des Widerstandes des Halbleiters 301 unabhängig von der Richtung der abgelenkten Ladungsträger auf die Intensität des Magnetfeldes geschlossen werden.

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BADORIGINAi,

Durch den erfindungsgemäßen Halbleiter 301 können in elektrischen Schaltkreisen auch Schaltvorgange durch Magnetfelder hervorgerufen werden. Der Halbleiter 301 hat nämlich in seiner in Fig. Ί9Α gezeigten Magnetfeld-Widerstandskennlinie ein, Minimum. Dadurch kann beispielsweise ein Schaltkreis in eingeschaltetem Zustand gehalten werden, wenn beispielsweise die Magnetfelder H^r und -H¹ einen Widerstand hervorrufen, der innerhalb einer vorbestimmten Spanne AH^r des Widerstandswertes liegt. _.:_""■...

Zusätzlich kann der Halbleiter 301 auch dafür benützt werden, magnetische Signale in elektrische Signale umzusetzen. Der Halbleiter 301 zeigt nämlich unter Einwirkung einander entgegengesetzter Magnetfelder eine gleichgerichtete Magnetfeld-Widerstandskennlinie. Wird also der Halbleiter 301 einem magne-

tischen Wechselfeld ausgesetzt, so kann'aufgrund- der Widerstandsschwankungen desdHalbleiters 301 ein elektrisches Signal mit der doppelten Frequenz des magnetischen Wechselfeldes erhalten.

Beim oben beschriebenen Beispiel ist ein Paar ilekombinationsbereiche 3O5A und 305B zur Mittelachse.des Ladungsträgerdurchgangs bei Abwesenheit von Magnetfeldern symmetrisch angeordnet. Selbstverständlich kann symmetrisch zu dieser Mittel-

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achse eine ganze Anzahl von Paaren von Rekombinationsbereichen vorgesehen werden. Weiter kann man dem Halbleiter 301 auch eine zylindrische Form geben und einen Rekombinationsbereich 305 auf der ganzen Oberfläche eines Halbleiterbereiches 303 vorsehen. Dabei ist dann eine ausreichende Injizierung von Ladungsträgern möglich. Auf den beiden Endflächen des Körpers werden dann der p-leitende Bereich 304p und der η-leitende Bereich 304n angeordnet (Fig. 20). In diesem Fall verhält sich der Halbleiter 301 gegenüber allen magnetischen Feldern, die auf der Mittelachse 0-0 senkrecht stehen, gleich. Der Halbleiter ist deshalb dafür geeignet, die Stärke eines Magnetfeldes unabhängig von der Feldrichtung zu messen.

In den obigen Beispielen waren die Rekombinationsbereiche symmetrisch und mit etwa dem gleichen Abstand von der Mittelachse 0-0 angeordnet, wodurch man eine Magnetfeld-Widerstandskennlinie der in Fig. 19A gezeigten symmetrischen Form erhält. Selbstverständlich kann man auch durch asymmetrische Anordnung der Rekombinationsbereiche in Bezug zur Mittelachse 0-0 des Ladungsträgerdurchgangs eine asymmetrische Magnetfeld-Widerstandskennlinie erzielen. In diesem Fall ist nämlich die mittlere Lebensdauer der Ladungsträger in den Rekombinations- ( bereichen 3O5A und 305B verschieden. Die Rekombinationsgeschwindigkeit der Ladungsträger wird in einem Bereich, beispielsweise

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im Bekombinationsbereieh 3O5A, kleiner gewählt, als im anderen Bereich, also im Rekombinationsbereich 3Q5B. So kann beispiels-.

weise die Oberflächenkonzentration der die Eekombinationszentren

15 3 darstellenden Störstoffe im Bereich 3O5A 10 Atome im cm und

14 3 kei

im Bereich 305B 10 Atome im cm betragen. Steht/einer derartigen Anordnung der Halbleiter'301 unter Wirkung eines Magnetfeldes H, das in Fig. 18 zur Papierebene senkrecht steht, und die Ladungsträger in Richtung auf den Eekombinationsbereich 3O5A ablenkt, so wird die.mittlere Ladungsträgerlebensdauer heruntergesetzt und damit, wie schon weiter oben beschrieben wurde, der Widerstand des Halbleiters 301 angehoben. Der Halbleiter 301 zeigt dann die durch Kurve 307 in Fig.·193 angegebene Kennlinie, die in ihrer Form grundsätzlich der unter Einfluß des Magnetfeldes H erzielten Kennlinie von Fig. 19A gleicht. Bei Einwirkung eines in seiner Richtung zum Magnetfeld H entgegengesetzten Magnetfeldes -H werden die Ladungs- · träger zum Rekombinationsbereich 305B hin abgelenkt.' Dadurch wird die mittlere Lebensdauer der Ladungsträger ebenfalls verkürzt. Da die Rekombinationsgeschwindigkeit im Rekombinationsbereich 305B jedoch kleiner gewählt ist, als die im Hekombinationsbereich 305A₅ steigt unter Einfluß des Magnetfeldes >H der Widerstand langsamer an, als unter Einfluß des Magnet-

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feldes H. ;

Die Rekombinationsgeschwindigkeit im Bekombinationsbereich 3O5A kann auch viel kleiner gemacht werden als die im Bereich 3O5B. So kann beispielsweise die Oberflächenkonzentraticn des die Rekombinationszentren darstellenden Störstoffes im

15 3 Rekombinationsbereich 305A 10 Atome im cm und die im anderen

13 3 Rekombinationsbereich-305B 10 Atome im cm betragen. Wird nun ein Magnetfeld H angelegt, das auf der Papierebene senkrecht steht und die Ladungsträger in Richtung des Rekombina- · tionsbereiches 305A ablenkt, so erhält man die durch Kurve 308 in Fig. 19C gegebene Kennlinie. Diese ähnelt der durch die Kurve 306 von Fig. 19A gegebenen Kennlinie für ein Magnetfeld H. Wird nun ein Magnetfeld -H von zum Magnetfeld H entgegengesetzter Richtung angelegt, so werden die Ladungsträger in Richtung zum anderen Rekombinationsbereich 305B abgelenkt. Nun ist aber die Rekombinationsgeschwindigkeit in diesem Bereich erheblich geringer. Deshalb wird also, so lange die Intensität des Magnetfeldes -H ziemlich klein ist, kein großer Einfluß des Rekombinationsbereichs 3Q5B auf die Ladungsträger eintreten. Vielmehr wird die Wirkung des Wegbewegens der Ladungsträger vom Rekombinationsbereich 305A überwiegen und damit die Zahl der Rekombinationen abnehmen, also die Zahl der La dungsträger zunehmen. Die mittlere Lebensdauer der Ladungsträger

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wird angehoben, und der Widerstand sinkt unter den Wert, den er bei Kichtvorhandensein eines magnetischen Feldes hat. Dieser Fall ist durch den Abschnitt 308a der Kurve 308 gegeben. Steigert man die Intensität des Magnetfeldes -H, so werden die La-.dungsträger im Bekombinätionsbereich 3O5B vernichtet und der Widerstand steigt so an, wie das der Abschnitt 3G6b der Kurve 308 angibt.

In allen oben angeführten Beispielen hat, wie das beispielsweise die Kurve 308 zeigt, die Magnetfeld-Widerstandskennlinie ein Maximum. Der Halbleiter kann also für magneifeld-rgesteuerte Schaltvorgänge benützt werden, und arar in gleicher Weise wie Halbleiter mit der Kennlinie von Fig. Ί9Α.

Bei den oben beschriebenen Beispielen erreicht die Magnetfeld-Widers tandskennlinie einen Maximalwert, tfird jedoch ein Hekombinationsbereich 305B weggelassen, so nimmt bei Zunahme des Abstandes der Ladungsträger vom Bekombinationsber eich 305A auch die Vernichtungshäuf igkeit der Ladungsträger ab. Der Widerstand nimmt ab, und die Magnetfeld-Widerstandskennlinie nimmt die durch Kurve 309 in Fig. 19D angezeigte Form an.

Gibt man dem Halbleiter 301 die Form einer Säule oder eines Stabes mit polygonalem Querschnitt, so kann um die Mittelachse 0-0 herum eine Vielzahl von Hekombinationsbereichen ange-

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ordnet werden. Zwar wurde oben ein zylindrischer Halbleiter beschrieben, doch sind selbstverständlich auch eine ganze Heihe von anderen Querschnittsformen möglich.

Die Erfindung wurde oben in Anwendung auf einen sogenannten magnetischen Widerstand beschrieben, dessen Widerstand unter Einfluß, eines Magnetfeldes veränderlich ist. Es mirde aber auch schon davon gesprochen, daß die Erfindung auch auf komplexe Halbleiter angewendet werden kann, die durch Korn- ä bination eines magnetischen Widerstandes mit einem Halbleiterbauelement, beispielsweise einem Transistor, entstehen. Ein Beispiel einer derartigen Vorrichtung ist in Fig. 21 gezeigt. Ein zusammengesetztes Halbleiterbauelement 313 weist dabei einen Träger 302 auf, auf dem ein magnetischer Widerstand in der Art ausgebildet wird, die oben anhand von Fig. 18 beschrieben wurde. Auf einer Seite der einen Endfläche des Trägers 302 ist ein η-leitender Bereich 304n ausgebildet. In . | einem festen vorbestimmten Abstand d von diesem Bereich 304n ist ein weiterer η-leitender Bereich 304n^f vorgesehen. Diese beiden η-leitenden Bereiche 304n und 304n' werden durch Legieren, Diffusion oder Kristallwachstum an der Oberfläche hergestellt. Dazu wird beispielsweise eine Sn-Sb-Legierung benützt. Die Vorgänge sind schon weiter oben beschrieben worden. Die n-leitenden-. Bereiche 304n und 3Ö4n^f bilden mit

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dem sogenannten i-Halbleiterbereich 303, in den ausreichende Mengen von = Ladungsträgern injiziert werden können, zwei Grenz-

— schichten J- und Jp. Es entsteht £in Transistor 311, den man als n-i-n-Transistor bezeichnen könnte. Die Grenzschichten J* und Jp dienen als Emitter- und Kollektor-Grenzschichten, während der Halbleiterbereich als Basisbereich und die n-leitenden Bereiche 3O4n und 304n' als Emitter- und Kollektor-Bereiche arbeiten.

Bei einem derartigen Aufbau sind also der magnetische Widerstand und der Transistor mit dem gemeinsamen Halbleiter-" Träger 302 zusammengefaßt/Die Bereiche 304p, 304n und 304η¹ weisen Anschlüsse 312a, 312b bzw. 312c auf.

Es sollen nun die elektrischen Eigenschaften eines derartigen Halbleiterbauelementes 313 beschrieben werden. Wird zwischen die Anschlüsse 312p und 312b, also an den magnetischen Widerstand, eine Spannung Vab angelegt und zwischen

- die Anschlüsse 312b und 312c, also zwischen Kollektor und Emit* ter des Transistors 311, eine Spannung Vbc, so zeigt der zwischen den Anschlüssen 312b und 312c fließende Strom Ibc des Halbleiterbauelementes 313 in Abhängigkeit von der Spannung

) Vbc die in Fig. 22 gezeigten Kennlinien. In dieser Figur gibt eine Kurve 314 die Ibc-Vbc-Kennlinie bei Abwesenheit von ^s Magnetfel-

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BAD ORIQINAI*

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dorn. Kurve 315 wird erhalten, wenn auf das Halbleiterbauelement 313 ein Magnetfeld derart einwirkt, daß der Wider- . standswert des magnetischen Widerstandes abnimmt und deshalb der zwischen den Anschlüssen 312a und 312b fließende Strom lab ansteigt« Kurve 316 erhält man, wenn ein derartiges Magnetfeld auf das Halbleiterbauelement einwirkt, daß der Stromfluß zwischen den Anschlüssen 312a und 312b abnimmt; Kurve 317 schließlich gibt die Ibc-Vbc-Kennlinie für den Fall, daß der Strom lab gleich Null ist. ·.'

" / Erfindungsgemäß weist also das Halbleiterbauelement 313 Kennlinien auf,.die durch ein auf das Halbleiterbauelement einwirkendes Magnetfeld geändert werden können, wobei der für einen Halbleiter typische ebene Verlauf der Kennlinien aufrechterhalten bleibt·

Die Erfindung wurde für eine Kombination ,eines n-i-n-Transistora mit einem magnetischen Widerstand beschrieben. Es

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ist jedoch selbstverständlich auch möglich, einenp-i-p-Tran-, sißtor mit: dem magnetischen Widerstand zu kombinieren, wofür man einen p-leitenden Bereich gegenüber dem p-leitenden Be- .

reich 304p derart anordnet, daß der Bereich 304p als Emitterbereich dienen kann. Das zusammengesetzte Halbleiterbauelement kann im übrigen auch durch,die Kombination des magnetischen

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BAD ORfÖlNAL .■'

Widerstandes mit anderen Halbleiterelementen erhalten werden. Bei.allen Ausführungsformen der Erfindung konnte festgestellt werden, daß die Kennlinien sich in Abhängigkeit von Magnetfeldern mit einer Intensität von weniger als 1 Kilogauss . mit hoher Empfindlichkeit ändern.

Bei der Beschreibung wurde davon ausgegangen, daß der Träger 302 aus Germanium besteht. Selbstverständlich kann dafür aber auch Silicium, eine intermetallische Verbindung oder ein anderes geeignetes Material verwendet werden. Weiter sind außer den beschriebenen rechtwinklig parallelepipedischen und zylindrischen Formen für den Träger 302 selbstverständlich auch verschiedene andere Formen möglich. So kann beispielsweise der Querschnitt des Trägers 302 trapezförmig sein.

Jiach der bisherigen Beschreibung werden die Bekombinationsbereiche durch Einbringen von Störstoffen als Bekombinationszentren hergestellt. Es soll dabei von JDiffusionstechniken od. dgl. Gebrauch gemacht werden. Es ist jedoch auch möglich, die Bekombinationsgeschwindigkeit auf der Oberfläche des Trägers 302 durch Mrauhen bestimmter Teile der Oberfläche zu erhöhen. Man kann dazu Schleifmittel, beispielsweise SiIiciumkarbid benützen. Das Aufrauhen kann auch mit dem Einbringen von Störstoffen zusammen .,eingesetzt werden. Weiter kann auch

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ein Kekombinationsbereich großer Oberflächenausdehnung dadurch erhalten werden, daß man dem Träger 302 im Querschnitt und/oder Längsschnitt eine entsprechende Form gibt.

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Claims

Patent an Sprüche :

1. Magnetischer Widerstand aus· einem Halbleiter mit erheblicher Eigenleitfähigkeit, in den Ladungsträger aus einem p-leitenden und einem η-leitenden Bereich injizierbar sind, die voneinander getrennt auf dem Halbleiter ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß im Halbleiter zumindest ein Rekon binationsbereich ausgebildet wird und die Lebensdauer der La dungsträger im Halbleiter durch ein an diesen angelegtes magnetisches Feld beeinflußbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der im Halbleiter vorgesehene Eekombinationsbereich durch in den Halbleiter eindiffundierte Todesstellen gebildet ist, für die beispielsweise Silber, Kupfer, Gold, Zink, Mangan, Eisen, Nickel oder Platin verwendet ist. "

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bekombinationsbereich durch Polieren/Schleifen, Aufrauhen oder Ätzen gebildet ist. . .

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Halbleiter in der'Nähe des ersten umleitenden Bereichs ein zweiter η-leitender Bereich ausgebildet ist.

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iArt.7§1Ab_S.₂Nr.,Satz₃d_esÄnderun_esfle_e.v.4.₈.,8₅7,

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Halbleiter in der liähe des ersten p-leitenden Bereichs

ein zweiter p-leitender Bereich ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiter zylindrisch ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der p-leitende Bereich auf einem Ende des zylindrischen Halbleiters ausgebildet ist, auf dessen anderem Ende zwei n-lei tende Bereiche vorgesehen sind, und daß der Rekombinationsbereich zwischen den p- und den η-leitenden Bereichen auf der

Oberfläche des zylindrischen Halbleiters vorgesehen ist.

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