DE1955410A1

DE1955410A1 - Device for detecting a magnetic field

Info

Publication number: DE1955410A1
Application number: DE19691955410
Authority: DE
Inventors: Takeshi Matsushita
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1968-11-05
Filing date: 1969-11-04
Publication date: 1970-06-11
Also published as: CA918242A; FR2030587A5; GB1280719A; NL6916666A

Description

It I4l6 ί/.It I4l6 ί /.

SONY CORPORATION, TokyoSONY CORPORATION, Tokyo

Vorrichtung zur Peststellung eines magnetischen FeldesDevice for setting up a magnetic field

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Peststellung eines magnetischen Feldes, insbesondere eine Vorrichtung mit einer hochempfindlichen Halbleiteranordnung mit wenigstens vier Elektroden.The invention relates to a device for setting a magnetic field, in particular one Device with a highly sensitive semiconductor device with at least four electrodes.

Es wurden bereits verschiedene Halbleiter-Magnetwiderstands-Elemente zur Feststellung eines magnetischen Feldes vorgeschlagen und verwirklicht, beispielsweise ein Magnetwiderstandselement, das den Suhl-Effekt ausnutzt, ein von der Firma SONY CORPORATION entwickeltes Magnetwiderstandselement SMD (Warenzeichen), ein den Hall-Effekt ausnutzendes Hall-Element usw. Diese bekannten Halbleiter-Magnetwiderstandselemente besitzen jedoch mit Ausnahme von SMD eine niedrige Empfindlichkeit ; sie sind ferner auf bestimmte Stellen in der praktischen Benutzung sowie auf bestimmte Verwendungen beschränkt; zudem sind sie teuer. Das SMD-Element ist zwar einige hundert-bis einige tausendmal so empfindlich wie das Hall-Element; es erfordert jedoch komplizierte Herstellungsvorgänge, unter anderem die Bildung eines Rekombinationsbereiches auf' der Oberfläche des Elementes; das Element ist ferner gelegentlichen Veränderungen unterworfen und im Betrieb nicht so zuverlässig.Various semiconductor magnetoresistive elements have been used proposed and implemented for the detection of a magnetic field, for example a magnetic resistance element, that uses the Suhl effect, a magnetoresistance element developed by SONY CORPORATION SMD (trademark), a Hall element utilizing the Hall effect, etc. These well-known semiconductor magnetoresistance elements however, with the exception of SMD, have a low sensitivity; they are also specific Places in practical use and restricted to certain uses; they are also expensive. The SMD element is a few hundred to a few thousand times as sensitive as the Hall element; however, it requires complicated manufacturing processes, including the Forming a recombination area on the surface of the element; The element is also occasional changes subject and not so reliable in operation.

009824/1767009824/1767

Nachteilig ist weiterhin, daß das SMD-Element keine ausreichende Empfindlichkeit gegenüber Magnetfeldern schwacher Intensität (weniger als 1000 Oersted) aufweist.Another disadvantage is that the SMD element is insufficient Has sensitivity to magnetic fields of weak intensity (less than 1000 oersteds).

Erfindungsgemäß wird ein magnetosensitives Element
benutzt, das aus einem Halbleitersubstrat hergestellt ist, der eine erste Elektrode zur Injektion von Trägern in den
Substrat aufweist, eine zweite Elektrode zur Erzielung eines Hauptstromes zwischen dieser zweiten Elektrode und der ersten Elektrode, ferner eine dritte und vierte Elektrode, die auf beiden Seiten des Hauptstromweges angeordnet sind
und ein Ausgangssignal am Verbindungspunkt der dritten und vierten Elektrode liefern. Eine solche Anordnung vermeidet die Nachteile der bekannten Ausführungen.According to the invention is a magnetosensitive element
used, which is made of a semiconductor substrate having a first electrode for injecting carriers into the
Has substrate, a second electrode for achieving a main current between this second electrode and the first electrode, further a third and fourth electrode, which are arranged on both sides of the main current path
and provide an output signal at the junction of the third and fourth electrodes. Such an arrangement avoids the disadvantages of the known designs.

Erfindungsgemäß wird auf diese Weise eine hochempfindliche Vorrichtung zur Peststellung eines magnetischen Feldes geschaffen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung besitzt
eine nichtlineare Charakteristik gegenüber der Magnetfeldstärke und ist besonders für Sehaltvorgänge sehr geeignet. Die erfindungsgemäße Vorrichtung läßt sich leicht herstellen und ist von gelegentlichen Änderungen fast vollständig frei.According to the invention, a highly sensitive device for setting a magnetic field is created in this way. The device according to the invention has
a non-linear characteristic compared to the magnetic field strength and is particularly suitable for holding processes. The device according to the invention is easy to manufacture and is almost completely free from occasional changes.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung veranschaulicht. Es zeigenSome embodiments of the invention are illustrated in the drawing. Show it

Fig. 1 eine vergrößerte Stirnansicht eines Ausführungsbeispieles einer erfindungsgemäßen Vorrichtung / zur Feststellung eines magnetischen Feldes;Fig. 1 is an enlarged front view of an embodiment of a device according to the invention / to detect a magnetic field;

Fig. 2 ein elektrisches Schaltbild der Vorrichtung zur Erläuterung ihrer Wirkungsweise;2 shows an electrical circuit diagram of the device to explain its mode of operation;

*·|024/1767* · | 024/1767

Pig. 3 und U Diagramme zur Erläuterung der magnetosensitiven Eigenschaften des Ausführungsbeispieles gemäß Fig. 1;Pig. 3 and U diagrams to explain the magnetosensitive Properties of the embodiment according to FIG. 1;

Fig. 5A und 6A elektrische Schaltbilder zur Erläuterung der Wirkungsweise und Eigenschaften der erfindungsgemäßen Vorrichtung;FIGS. 5A and 6A are electrical circuit diagrams for explanation the mode of operation and properties of the device according to the invention;

Fig. 5B .und 6B Diagramme zur Erläuterung der magneto-.sensitiven Eigenschaften der Vorrichtung in der Schaltung gemäß den Fig. 5A und 6A;5B and 6B are diagrams for explaining the magneto-sensitive Properties of the device in the circuit according to FIGS. 5A and 6A;

Fig. 7A, 7B und 7C elektrische Schaltbilder zur Erläuterung der Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung; .7A, 7B and 7C are electrical circuit diagrams for explanation the mode of operation of the device according to the invention; .

Fig. 8 ein weiteres Schaltbild zur Erläuterung der Funktion;Fig. 8 is a further circuit diagram to explain the Function;

Fig. 9 ein Diagramm mit verschiedenen Kennlinien;9 shows a diagram with various characteristic curves;

Fig. 10 - 12 Schemadarstellungen anderer Ausführungsbeispiele der Erfindung. FIGS. 10-12 are schematic representations of other exemplary embodiments of the invention.

Die in Fig» 1 dargestellte erfindungsgemäße Anordnung 1 enthält einen Halbleitersubstrat 2, der vorzugsweise aus Silizium, Germanium oder einem anderen Halbleiter hergestellt ist. Bei dem gewählten Beispiel besteht der Halbleitersubstrat 2 aus Germanium von hohem Widerstand, und zwar ist dies ein sogenannter I-Typ.-Halbleiter ("intrinsic") mit einer Verunreinigungskonzentration von etwa 10 Atome/cm . Der Halbleitersubstrat 2 braucht jedoch nicht vom I-Typ zu sein, sondern kann auch ein P- oder N-HaIbleiter mit einer Verunreinigungskonzentration von 10 bisThe arrangement according to the invention shown in FIG. 1 1 contains a semiconductor substrate 2, which is preferably made of silicon, germanium or another semiconductor is. In the example chosen, there is the semiconductor substrate 2 made of germanium of high resistance, namely a so-called I-type semiconductor ("intrinsic") with an impurity concentration of about 10 atoms / cm. However, the semiconductor substrate 2 does not need to be of the I-type, but can also be a P or N semiconductor with an impurity concentration of 10 to

IS ^
10 Atome/cm sein.IS ^
Be 10 atoms / cm.

009814/1767009814/1767

13554101355410

Der Halbleitersubstrat 2 wird mit einem Ätzmittel CP-H an der Oberfläche gereinigt, dann abgewaschen und wie üblich getrocknet. Typische Abmessungen des Substrates 2 sind beispielsweise eine Länge L von 3 nun, eine Breite W von 1,8 mm und eine Stärke T von 0,37 mm.The surface of the semiconductor substrate 2 is cleaned with an etchant CP-H , then washed off and dried as usual. Typical dimensions of the substrate 2 are, for example, a length L of 3 mm, a width W of 1.8 mm and a thickness T of 0.37 mm.

Auf der Oberseite 3 des Substrates 2 werden P-Typ-Verunreinigungsbereiche h und 5 durch eine Legierungsmethode hergestellt, die voneinander einen Abstand D von 0,8 mm aufweisen, der größer als die Trägerdiffusionslänge ist. Auf der Unterseite 6 des Substrates 2 v/erden N-Typ-Verunreinigungsbereiche 7 und 8 hergestellt, die voneinander einen Abstand von etwa 0,8 mm besitzen. Die P-Typ-Verunreinigungspunkte werden durch eine Indium-Zinn-Legierung und die N-Typ-Verunreinigungspunkte durch eine Antimon-Zinn-Legierung gebildet·; die Verunreinigungskorizentrationen der Bereiche ¹I, 5, 7 und 8 liegen in derOn the upper surface 3 of the substrate 2, P-type impurity regions h and 5 are produced by an alloying method, which are spaced apart from each other by a distance D of 0.8 mm, which is greater than the carrier diffusion length. On the underside 6 of the substrate 2, N-type impurity regions 7 and 8 are made, which are spaced from each other by about 0.8 mm. The P-type impurity points are formed by an indium-tin alloy and the N-type impurity points are formed by an antimony-tin alloy; the impurity concentrations of areas ¹ I, 5, 7 and 8 are in the

19 "5 Größenordnung von etwa 10 ^y Atome/cm . Der Substrat 2 wird dann mit Wasserstoffperoxyd behandelt und dadurch gereinigt.19 "5 order of magnitude of about 10 ^y atoms / cm. The substrate 2 is then treated with hydrogen peroxide and thereby cleaned.

Da die obigen Vorgänge die gleichen sind .,wie bei der Herstellung eines üblichen Legierungstransistors, treten bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung keine spezifischen technischen Schwierigkeiten auf. Elektroden 9 j 10, 11 und 12 zum Anschluß von Leitungen werden an die Bereiche ^, 5> 7 und 8 angelötet; die Vorrichtung wird dann vollständig mit einem. Harz vergossen. Die Elektroden 9 bis 12 werden im folgenden als erste, zweite, dritte und vierte Elektrode bezeichnet. Bei der praktischen Verwendung der Vorrichtung wird eine Stromquelle E an die erste und vierte Elektroden 9, 12 so angeschlossen, daß der positive Pol der Stromquelle mit der ersten und der negative Pol mit der vierten Elektrode verbunden istSince the above operations are the same as in the Manufacture of a conventional alloy transistor, occur in the manufacture of the device according to the invention no specific technical difficulties. Electrodes 9 j 10, 11 and 12 for connecting lines soldered to areas ^, 5> 7 and 8; the device will then be complete with a. Resin potted. the Electrodes 9 to 12 are hereinafter referred to as first, second, third and fourth electrodes. In the practical Using the device, a power source E is connected to the first and fourth electrodes 9, 12 so that the positive pole of the power source is connected to the first and the negative pole to the fourth electrode

^{3824/17673824/1767}

13554101355410

(vgl. Pig. 2). Dadurch fließt ein Hauptstrom I., von der ersten Elektrode 9 zu der vierten Elektrode durch den Substrat 2. Bei den Versuchen wurde festgestellt, daß bei einer Spannung der Spannungsquelle E von 3 V der Hauptstrom I^ bei etwa 30 mA bei Fehlen eines magnetischen Feldes liegt. Bei den Versuchen waren die zweite und dritte Elektrode 10, 11 durch einen Leitungsdraht 13 verbunden. Die Ausgangsanschlüsse wurden mit der zweiten und vierten Elektrode 10, 12 verbunden (vgl. Fig. 2). Magnetfelder H (+<x) ) und H-(0) von entgegengesetzten Richtungen wurden etwa"senkrecht zu der einen Hauptfläche 14 des Substrates 2 (auf dem Zeichenblatt liegend) zur Einwirkung gebracht j die beim Vorhandensein solcher Magnetfelder erzeugten Ausgangsspannungen wurden gemessen.(see Pig. 2). As a result, a main current I. flows from the first electrode 9 to the fourth electrode through the Substrate 2. In the tests it was found that at a voltage of the voltage source E of 3 V the Main current I ^ at about 30 mA in the absence of a magnetic Field. In the tests, the second and third electrodes 10, 11 were through a lead wire 13 tied together. The output terminals were connected to the second and fourth electrodes 10, 12 (see FIG. 2). Magnetic fields H (+ <x)) and H- (0) from opposite Directions became approximately "perpendicular to the one main surface 14 of the substrate 2 (lying on the drawing sheet) The output voltages generated in the presence of such magnetic fields were measured.

Fig. 3 zeigte die Meßwerte der Änderung A V der Ausgangsspannung zwischen der zweiten und vierten Elektrode 10, 12 in Abhängigkeit von den einwirkenden Magnetfeldern; die Kurven 15, 16 und 17 entsprechen dabei den zur Magnetfeldfeststellung dienenden Vorrichtungen #1, $2 undFig. 3 shows the measured values of the change A V in the output voltage between the second and fourth electrodes 10, 12 as a function of the acting magnetic fields; the curves 15, 16 and 17 correspond to those for magnetic field detection Serving Devices # 1, $ 2, and

#3 der obigen Ausführung. Die Vorrichtung φΐ besitzt eine hohe Empfindlichkeit gegenüber dem Magnetfeld H+ aber praktisch keine Empfindlichkeit gegenüber dem Magnetfeld H-. Die Vorrichtung -^3 besitzt eine genau entgegengesetzte Charakteristik- zu der der Vorrichtung $1, nämlich eine hohe Empfindlichkeit gegenüber dem Magnetfeld H-. Die Vorrichtung ^2 liegt zwischen den Vorrichtungen ^i und $3 und besitzt eine im wesentlichen symmetrische Kennlinie, für die Magnetfelder H fund H-. Die Kurve 18 zeigt die Kennlinie eines SMD-23OA (hergestellt von der SONY CORPORATION). Man ersieht aus dem Diagramm, daß die erfindungsgemäßen Vorrichtungen eine hohe Empfindlichkeit gegenüber dem magnetischen Feld besitzen. Man erkennt ferner, daß die Kennlinien der Vorrichtungen ffl, ψ 2 und ^3 alle# 3 of the above statement. The device φΐ has a high sensitivity to the magnetic field H + but practically no sensitivity to the magnetic field H-. The device - ^ 3 has exactly the opposite characteristic to those of the device $ 1, namely a high sensitivity to the magnetic field H-. The device ^ 2 lies between the devices ^ i and $ 3 and has an essentially symmetrical characteristic for the magnetic fields H and H-. Curve 18 shows the characteristic of an SMD-23OA (manufactured by SONY CORPORATION). It can be seen from the diagram that the devices according to the invention have a high sensitivity to the magnetic field. It can also be seen that the characteristics of the devices ffl, ψ 2 and ^ 3 all

009824/1767009824/1767

einen scharfen Anstieg aufweisen und eine hohe Empfindlichkeit auch bei Magnetfeldern geringer Intensität aufweisen. Es wurden bisher noch keine magnetosensitiven Halbleiterelemente mit einer so hohen Empfindlichkeit vorgeschlagen.have a sharp rise and have high sensitivity even to low-intensity magnetic fields. Magneto-sensitive semiconductor elements with such high sensitivity have not yet been found suggested.

Fig. H zeigt die Meßwerte der Ausgangsspannung V . der Vorrichtungen #1 und §2 zwischen der zweiten und vierten Elektrode 10, 12; die Kurven 19 und 20 zeigen hierbei, die Kennlinien der Vorrichtungen ^l und $2; man ersieht hieraus die Sättigungsverhältnisse." Die Sättigung im Magnetfeld H+ist im wesentlichen gleich einer Spannung zwischen der zweiten und der vierten Elektrode 10, 12, wenn die dritte'Elektrode 11 offen (nicht angeschlossen) ist, während die Sättigung im magnetischen Feld H- etwa einer Spannung zwischen der dritten und vierten Elektrode 11, 12 entspricht, wenn die zweite Elektrode 10 offen (nicht angeschlossen) ist. H shows the measured values of the output voltage V. of devices # 1 and §2 between the second and fourth electrodes 10, 12; the curves 19 and 20 show the characteristics of the devices ^ 1 and $ 2; the saturation conditions can be seen from this. "The saturation in the magnetic field H + is essentially equal to a voltage between the second and fourth electrodes 10, 12 when the third electrode 11 is open (not connected), - corresponds approximately to a voltage between the third and fourth electrodes 11, 12 when the second electrode 10 is open (not connected).

Fig. 5A zeigt ein Schaltbild der Vorrichtung dabei ist ein veränderlicher Widerstand 21 zwischen die erste und zweite Elektrode 9» 10 geschaltet. In Fig..5B zeigen die Kurven 22, 23» 2k und 25 die magnetosensitiven Kennlinien der Vorrichtung bei Widerstandswerten R des Widerstandes 21 von 1, J>, 10 kilbzw. unendlich, wenn ein magnetisches Feld senkrecht zur Zeichenebene von oben einwirkt. Die Kurven 22«, 23% 24» und 25' zeigen die magnetosensitiven Kennlinien der Vorrichtung, wenn ein magnetisches Feld in entgegengesetzter Richtung einwirkt. Aus der graphischen Darstellung geht hervor, daß dann, wenn ein Strom von der ersten Elektrode 9 zur zweiten Elektrode 10 durch den Widerstand 21 von kleinem Widerstandswert fließt, die Vorrichtung praktisch keine magnetische Empfindlichkeit aufweist (vgl. die Kurven 22, 22')j5A shows a circuit diagram of the device in which a variable resistor 21 is connected between the first and second electrodes 9 »10. In Fig. 5B, the curves 22, 23 » 2k and 25 show the magneto-sensitive characteristics of the device at resistance values R of the resistor 21 of 1, J>, 10 kilo and 10 kilograms, respectively. infinite if a magnetic field acts perpendicular to the plane of the drawing from above. The curves 22 ", 23% 24" and 25 'show the magneto-sensitive characteristics of the device when a magnetic field acts in the opposite direction. It can be seen from the graph that when a current flows from the first electrode 9 to the second electrode 10 through the resistor 21 of small resistance, the device has practically no magnetic sensitivity (cf. curves 22, 22 ') j

ÖÖ9824/!76* BAD ORIGINALÖÖ9824 /! 76 * BAD ORIGINAL

t rt r

die magnetische Empfindlichkeit vergrößert sich allmählich bei einer Vergrößerung des Widerstandes R, wobei der Strom durch diesen Widerstand 21 kleiner wird (vgl. die Kurven 24, 2k ^f). Die Empfindlichkeit kann ferner relativ zur Richtung des Magnetfeldes frei geändert werden. Wie aus den Kurven 25» 25* hervorgeht, besitzt die Vorrichtung bei einem unendlich großen Widerstandswert R eine Empfindlichkeit nur bei Vorhandensein des Magnetfeldes H+.the magnetic sensitivity increases gradually with an increase in the resistance R, the current through this resistance 21 becoming smaller (cf. the curves 24, 2k ^f ). The sensitivity can also be freely changed relative to the direction of the magnetic field. As can be seen from the curves 25 »25 *, with an infinitely large resistance value R, the device has a sensitivity only in the presence of the magnetic field H +.

Fig. 6A ist ein Schaltbild der Vorrichtung #3, wobei ein veränderlicher Lastwiderstand Rt vorgesehen ist; Fig. 6b zeigt die Meßwerte der Ausgangsspannung V . zwischen der zweiten und vierten Elektrode 10, 12. In Fig. 6B" zeigen die Kurven 26 und 26*, 27 und 27' sowie 28 und 28' die magnetosensitiven Kennlinien gegenüber Magnetfeldern entgegengesetzter Richtungen, wenn der Widerstandswert des Lastwiderstandes R, gleich 1, 3 bzw. 10 k JfL ist. Aus dieser graphischen Darstellung geht hervor, daß bei kleinem Widerstandswert R des Lastwiderstandes R,, beispielsweise dann, wenn die zweite und vierte Elektrode 10, 12 kurzgeschlossen sind, die Vorrichtung kaum eine magnetische Empfindlichkeit besitzt {vgl. die Kurven 26, 26'); wird der Widerstandswert R des Lastwiderstandes R_T allmählich vergrößert uncP'damit das Potential der zweiten Elektrode 10* unterschiedlich von dem der vierten Elektrode 12 angehoben, so erhält die Vorrichtung allmählich eine magnetische Empfindlichkeitj sie besitzt eine maximale Empfindlichkeit gegenüber dem iiagnetfeld H-, wenn der Widerstandswert des Lastwiderstandes R^ unendlich ist (vgl. Kurve 28'); eine gewünschte magnetosensitive Kennlinie kann zwischen Widerstandswerten des Widerstandes R_L von 1 kiTbis unendlich erreicht werden. Bei der vorgehenden Beschreibung wurde angenommen, daß die Spannung amFig. 6A is a circuit diagram of device # 3 with a variable load resistor Rt provided; 6b shows the measured values of the output voltage V. between the second and fourth electrodes 10, 12. In Fig. 6B ″, the curves 26 and 26 *, 27 and 27 'and 28 and 28' show the magnetosensitive characteristics with respect to magnetic fields in opposite directions when the resistance value of the load resistor R is equal to 1, This graph shows that if the resistance value R of the load resistance R ,, is small, for example when the second and fourth electrodes 10, 12 are short-circuited, the device has hardly any magnetic sensitivity {cf. the curves 26, 26 '); if the resistance value R of the load resistor R _{T is} gradually increased and so that the potential of the second electrode 10 * is raised differently from that of the fourth electrode 12, the device gradually acquires a magnetic sensitivity; it has a maximum sensitivity compared to the iiagnetfeld H- when the resistance value of the load resistor R ^ is infinite (see. Curve 28 '); a desired magn Etosensitive characteristic can be achieved between resistance values of the resistor R _L from 1 kiT to infinity. In the preceding description, it was assumed that the voltage on

BADOfWGINALBADOfWGINAL

Widerstand R_L gemessen wird; man kann jedoch selbstverständlich auch den Strom durch diesen Widerstand messen.Resistance R _{L is} measured; you can of course also measure the current through this resistor.

An dieser Stelle sei erwähnt, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung unterschiedliche Ausgangssignale je nach der Richtung des Magnetfeldes liefert und asymmetrische Kennlinien aufweist.At this point it should be mentioned that the device according to the invention depends on different output signals the direction of the magnetic field provides and asymmetrical Has characteristics.

Das Prinzip der Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung soll im folgenden qualitativ erläutert werden.The principle of the mode of operation of the device according to the invention will be explained qualitatively below.

Die Fig. 7A bis 7C sind Schemadarstellungen und veranschaulichen elektrische Felder im Halbleitersubstrat' 2 bei Fehlen eines Magnetfeldes bzw. beim Vorhandensein der Magnetfelder H-I und H-. In Fig. 7A sind die zweite und dritte Elektrode 10, 11 von der ersten und vierten Elektrode 9, 12 jeweils um einen Abstand entfernt, der größer " als die Trägerdiffusionslänge ist; an die Vorrichtung wird keine Vorspannung gelegt. Es bildet sich somit ein elektrisches Feld, wie bei 30 und 31 angedeutet, durch die Träger, nämlich die Löcher und die in den Substrat 2 durch die erste und vierte Elektrode 9> 12 injizierten Elektronen. Es wird infolgedessen ein Injektionsplasma zwischen der ersten und vierten Elektrode 9» .12 erzeugt, durch das ein Hauptstrom I^fließt; ein Strom, der von der ersten Elektrode 9 zur vierten Elektrode 12 durch die zweite und dritte Elektrode 10, 11 fließt, ist klein. Eine vorgegebene Spannung, die von der Impedanz zwischen der ersten und zweiten Elektrode 9, 10 und der zwischen der dritten und vierten Elektrode 11, 12 abhängt, %ird an der zweiten Elektrode 10 abgenommen. Fig. 7B zeigt den Fall, daß ein Magnetfeld H+ auf die Vorrichtung einwirkt. In diesem Falle werden die Löcher und injizierten Elektronen durch die Lorentz-Kraft weiter nach rechts als im Falle des Fehlens ·Figures 7A through 7C are schematic and illustrative electric fields in the semiconductor substrate '2 in the absence of a magnetic field or in the presence of the Magnetic fields H-I and H-. In Fig. 7A, the second and third electrode 10, 11 from the first and fourth electrodes 9, 12 each removed by a distance that is greater " as the carrier diffusion length; no bias is applied to the device. An electrical one is thus formed Field, as indicated at 30 and 31, through the carrier, namely the holes and in the substrate 2 through the first and fourth electrodes 9> 12 injected electrons. As a result, an injection plasma is generated between the first and fourth electrodes 9 ».12, through which a main current I ^ flows; a stream that from the first Electrode 9 to the fourth electrode 12 flowing through the second and third electrodes 10, 11 is small. A given Voltage derived from the impedance between the first and second electrodes 9, 10 and that between the third and fourth electrode 11, 12 depends,% ird on the second Electrode 10 removed. Fig. 7B shows the case that a Magnetic field H + acts on the device. In this case, the holes and electrons injected through the Lorentz force further to the right than in the case of absence

009824/1767009824/1767

eines Magnetfeldes gezogen; hierdurch entsteht ein elektrisches Feld 30, das die Bereiche 4 und 5 der ersten und zweiten Elektrode 9» 10 einschließt. In diesem Falle ist die Impedanz zwischen der ersten und zweiten Elektrode 9, 10 kleiner als im Falle des Fehlens eines Magnetfeldes; die Impedanz zwischen der dritten und vierten · Elektrode 11, 12 ist dagegen größer als im Falle des Fehlens eines Magnetfeldes. Die Ausgangsspannung an der zweiten Elektrode Io ist infolgedessen größer als bei Fehlen eines Magnetfeldes. Fig. 7 C zeigt den Fall der Anwendung eines Magnetfeldes H-; die durch die Lorentz-Kraft erzeugten elektrischen Felder 30, 31 bilden sich dann wie in der Zeichnung dargestellt aus. In diesem Falle, ist die Impedanz zwischen der ersten und zweiten Elektrode 9. 10 höher als bei Fehlen, eines Magnetfeldes, während die Impedanz zwischen der dritten und vierten Elektrode 11, 12 kleiner als bei Fehlen eines Magnetfeldes ist Die an der zweiten Elektrode 10 abgenommene Ausgangsspan-· nung ist somit kleiner als bei Fehlen eines Magnetfeldes. Auf diese Weise hängt die Ausgangsspannung von den Impedanzen zwischen der ersten und zweiten Elektrode 9» 10 und zwischen der dritten und vierten Elektrode 11, 12 ab. Man erkennt somit, daß sich die Empfindlichkeit der Vorrichtung mit Änderungen der Abmessungen des Substrates und der Lagen der Elektrode ändert, so daß man auf einfache Weise eine gewünschte asymmetrische Kennlinie erzielen kann.drawn by a magnetic field; this creates an electric field 30 that the areas 4 and 5 of the first and second electrode 9 »10. In this case the impedance between the first and second electrodes 9, 10 is smaller than in the case of the absence of a magnetic field; on the other hand, the impedance between the third and fourth electrodes 11, 12 is greater than in the case of FIG Lack of a magnetic field. As a result, the output voltage at the second electrode Io is greater than at Absence of a magnetic field. Fig. 7C shows the case of applying a magnetic field H-; that by the Lorentz force generated electric fields 30, 31 are formed then as shown in the drawing. In this case, the impedance between the first and second electrode 9. 10 is higher than in the absence of a magnetic field while the impedance between the third and fourth electrodes 11, 12 is smaller than in the absence of a magnetic field The output voltage taken from the second electrode 10 voltage is therefore smaller than in the absence of a magnetic field. In this way the output voltage depends on the impedances between the first and second electrodes 9 »10 and between the third and fourth electrodes 11, 12. It can thus be seen that the sensitivity of the device with changes in the dimensions of the substrate and the locations of the electrode changes, so that one can easily Way can achieve a desired asymmetrical characteristic.

Bei der vorstehenden Beschreibung wurde angenommen, daß die Bereiche 4 und 5 vom P-Typ und die Bereiche 7 und 8 vom N-Typ sind; die Leitfähigkeitstypen können jedoch auch umgekehrt gewählt werden. In diesem Falle muß beim Anschluß der äußeren Stromquelle darauf geachtet werden, daß der Hauptstrom von der ersten Elektrode 9 zur vierten Elektrode 12 fließt und Träger von der ersten ElektrodeIn the above description, it has been assumed that areas 4 and 5 are P-type and areas 7 and 8 are N-type; however, the conductivity types can also be chosen the other way round. In this case the Connection of the external power source, care should be taken that the main current from the first electrode 9 to the fourth Electrode 12 flows and carriers from the first electrode

824/1767824/1767

injiziert werden.injected.

Wie aus der anhand von Fig. 7 erfolgten Beschreibung hervorgeht, hängt die Magnetfeld-Empfindlichkeits-Kennlinie der Vorrichtung sowohl von der PIP-Charakteristik der P-Typ-Bereiche 4 und 5 und des dazwischenliegenden Substratteiles als auch von der NIN-Charakteristik der N-Typ-Bereiche 7 und 8 und des dazwischen befindlichen Substratteiles ab. Es wird ein PNP-Typ-TransistDr gebildet, wobei die erste, zweite und vierte Elektrode 9, 10 und 12 als Emitter, Kollektor und Basis dienen, wobei ein Kollektorstrom, d.h. ein Strom zwischen der ersten und zweiten Elektrode 9, 10 und eine Kollektorspannung, d.h. eine Spannung zwischen der zweiten und vierten Elektrode 10, 12 eine Charakteristik entsprechend der Kollektorstrom-Kollektorspannungs-Charakteristik eines üblichen PNP-Typ-Transistors aufweisen. Es wird ferner ein NPN-Typ-Transistor gebildet, wobei die dritte, vierte und erste Elektrode 11, 12 und 9 als Kollektor, Basis und Emitter wirken, wobei ein Kollektorstrom, d.h. ein Strom zwischen der dritten und vierten Elektrode 11, 12 und eine Kollektorspannung, d.h. eine Spannung zwischen der dritten und vierten Elektrode 11, 12 eine Charakteristik ähnlich der Kollektorstrom-Kollektorspannungs-Charakteristik eines üblichen NPN-Typ-Transistors aufweisen.As is apparent from the description made with reference to FIG. 7, the magnetic field sensitivity characteristic depends of the device both on the PIP characteristics of the P-type areas 4 and 5 and of the substrate part in between as well as the NIN characteristics of the N-type areas 7 and 8 and the substrate part located therebetween away. A PNP-type transistor Dr is formed with the first, second and fourth electrodes 9, 10 and 12 as The emitter, collector and base serve, with a collector current, i.e. a current between the first and second Electrode 9, 10 and a collector voltage, i.e. a voltage between the second and fourth electrodes 10, 12 shows a characteristic corresponding to the collector current-collector voltage characteristic of a common PNP type transistor. It also becomes an NPN type transistor formed, the third, fourth and first electrodes 11, 12 and 9 acting as a collector, base and emitter, wherein a collector current, i.e. a current between the third and fourth electrodes 11, 12 and a collector voltage, i.e., a voltage between the third and fourth electrodes 11, 12 has a characteristic similar to the collector current-collector voltage characteristic of a common NPN type transistor.

Fig. 8 veranschaulicht ein Ersatzschaltbild der oben erläuterten Vorrichtung zur Feststellung eines Magnetfeldes, wobei die erwähnten PNP- und NPN-Typ-Transistoren als Xp bzw. X_n bezeichnet sind.Fig. 8 illustrates an equivalent circuit diagram of the above-described device for detecting a magnetic field, said PNP and NPN-type transistors mentioned are referred to as Xp and X _n.

Da der Kollektorstrom des PNP-Typ-Transistors X_p gleich dem des NPN-Typ-Transistors X_n ist, wird eine Spannung, die durch den Schnittpunkt der Kennlinien beider Transistoren bestimmt ist, als Ausgangsspannung der VorrichtungSince the collector current of the PNP-type transistor X _{p is} equal to that of the NPN-type transistor X _n , a voltage determined by the intersection of the characteristics of both transistors becomes the output voltage of the device

Ü0982A/1767Ü0982A / 1767

zur Feststellung eines Magnetfeldes erzeugt. Fig. 9 zeigt Meßwerte solcher Kennlinien der Vorrichtung, wobei der Substrat 2 aus Germanium hergestellt ist, die durchgezogenen Linien P die Kennlinien des PNP-Typ-Transistors und die gestrichelten Linien N die des'NPN-Typ-Transi-Btore darstellen. In diesem Falle betrug die Spannung der Stromquelle 3 V; als Parameter wurden Magnetfelder H s+2 KOe, +1 KOe, 0 (kein Magnetfeld), -i KOe bzw. -2 KOe verwendet. Spannungen Vc, die durch die Schnittpunkte der Kennlinien P und N definiert sind, werden als Ausgangsspannungen der Vorrichtung abgenommen. Im Falle der Magnetfelder H von Null, 1 KOe, -1 KOe, 2 KOe undgenerated to detect a magnetic field. Fig. 9 shows Measured values of such characteristics of the device, the substrate 2 being made of germanium, the solid lines Lines P are the characteristics of the PNP-type transistor and the dashed lines N are those of the NPN-type transistor represent. In this case, the voltage of the power source was 3 V; the parameters were magnetic fields H s + 2 KOe, +1 KOe, 0 (no magnetic field), -i KOe or -2 KOe used. Voltages Vc defined by the intersections of the characteristics P and N are called Output voltages of the device removed. In the case of magnetic fields H of zero, 1 KOe, -1 KOe, and 2 KOe

-2 KOe ergeben sich 'an den Schnittpunkten T₁ T₂, T,, T₁₁ bzw. Tc Ausgangs spannungen Vc₁, VCg, Ve,, Vc^ bzw. Vc^. Wird demgemäß das Magnetfeld von -1 KOe zu 1 KOe geändert, so ändert sich die Ausgangsspannung von Vc, zu Vc₂; wird das Magnetfeld von -2 KOe zu 2 KOe geändert, so ändert sich das Ausgangs signal von Vc,- zu Vc^. Die Kennlinien des PNP- und des NPN-Typ-Transistors unterscheiden sich voneinander wegen des Unterschiedes in der Beweglichkeit zwischen den Löchern und den Elektronen. Um zur Verbesserung der Linearität der magnetosensitiven Kennlinie die beiden Kennlinien gleichförmig zu machen, wird der Abstand zwischen der ersten und zweiten Elektrode kürzer als der zwischen der dritten und vierten Elektrode gewählt, und zwar um das Verhältnis der Beweglichkeit.-2 KOe result 'at the intersections T ₁ T ₂ , T ,, T ₁₁ and Tc output voltages Vc ₁ , VCg, Ve ,, Vc ^ and Vc ^. Accordingly, if the magnetic field is changed from -1 KOe to 1 KOe, the output voltage changes from Vc to Vc ₂ ; if the magnetic field is changed from -2 KOe to 2 KOe, the output signal changes from Vc, - to Vc ^. The characteristics of the PNP and NPN type transistors are different from each other because of the difference in mobility between the holes and the electrons. In order to improve the linearity of the magnetosensitive characteristic curve, the two characteristic curves are made uniform, the distance between the first and second electrodes is selected to be shorter than that between the third and fourth electrodes, namely by the ratio of the mobility.

Fig. 10 veranschaulicht ein gbgeandeltes Ausführungsbeispiel, wobei die erste und vierte Elektrode und demgemäß die Bereiche k und 8 auf den Seiten 3 und 6 des Substrates und die dritte und zweite Elektrode 11, 10 und demgemäß die Bereiche 7 und 5 auf den anderen Seiten 32 und des Substrates 2 ausgebildet sind.10 illustrates a modified embodiment, wherein the first and fourth electrodes and accordingly the areas k and 8 on the sides 3 and 6 of the substrate and the third and second electrodes 11, 10 and accordingly the areas 7 and 5 on the other sides 32 and the substrate 2 are formed.

Fig. 11 zeigt eine weitere Abwandlung der Erfindung,11 shows a further modification of the invention,

009824/1767009824/1767

bei der die erste bis vierte Elektrode 9 bis 12 und die Bereiche 4, 5, 7 und 8 auf der Hauptfläche 14 des Substrates vorgesehen sind. Dies gestattet eine Erleichterung bei der Ausbildung der Bereiche durch Diffusion»in which the first to fourth electrodes 9 to 12 and the Areas 4, 5, 7 and 8 on the major surface 14 of the substrate are provided. This allows a relief in the formation of the areas by diffusion »

Fig. 12 veranschaulicht eine weitere Abwandlung, bei der zusätzlich zu der ersten bis vierten Elektrode noch eine fünfte und sechste Elektrode 34, 35 auf den Seiten 32, 33 des Substrates 2 vorgesehen sind. Die fünfte und sechste Elektrode 34, 35 sind durch eine Leitung 36 miteinander verbunden. Die Spannungen Vp und V_ zwischen der zweiten und vierten Elektrode 10, 12 und zwischen· der vierten, fünften und sechsten Elektrode werden gemessen. In diesem Falle sind die beiden Elemente im wesentlichen im umgekehrten Verhältnis verbunden, so daß die Ausgangsspannung V . der Vorrichtung größer als bei den zuvor erläuterten Ausführungsformen wird.FIG. 12 illustrates a further modification in which, in addition to the first to fourth electrodes fifth and sixth electrodes 34,35 on the sides 32, 33 of the substrate 2 are provided. The fifth and sixth electrodes 34, 35 are connected to one another by a line 36 tied together. The voltages Vp and V_ between the second and fourth electrodes 10, 12 and between the fourth, fifth and sixth electrodes are measured. In this case the two elements are connected in substantially inverse relationship so that the output voltage V. of the device becomes larger than in the previously explained embodiments.

009824/1767009824/1767

Claims

Device for creating a magnetic field, marked by:

a) a semiconductor substrate,

b) a first region formed in the semiconductor substrate for the injection of carriers,

c) a second area formed in the substrate,

d) Devices for supplying a main stream between the first and second area,

e) a pair of regions formed in the substrate on either side of the main current path that are electrically connected to one another are connected.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the pair of regions are transition zones between each of these Areas and the substrate forms. j

3. Apparatus according to claim 1, characterized in that the second region has the opposite conductivity type as the first region.

4. Apparatus according to claim 1, characterized in that the semiconductor substrate has an impurity concentration of 10 ¹⁰ to 10 ¹⁵ atoms / cm? owns.

wspecTSö 009824/1767wspecTSö 009824/1767

5. The device according to claim 1, characterized in that the distances between the first region and one of the
Pair of the regions and between the second region and the other of the pair of regions are greater than the carrier diffusion length.

6. The device according to claim 1, characterized in that a further pair of electrically interconnected Areas is provided.

7. Apparatus according to claim 6, characterized in that an output arrangement between the two pairs of areas is switched.

ORIGINAL INSPECTED 009824/1767

♦*■ «♦ * ■ «

iU &itöfc; ' ·

• ORIGINAL INSPECTEO