DE19839671C2

DE19839671C2 - Sensor zur Messung eines Magnetfeldes

Info

Publication number: DE19839671C2
Application number: DE19839671A
Authority: DE
Inventors: Jakob Schelten; Ralf Lehmann
Original assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date: 1998-09-01
Filing date: 1998-09-01
Publication date: 2000-08-03
Anticipated expiration: 2018-09-02
Also published as: WO2000013205A2; EP1114472A2; WO2000013205A3; JP2002525592A; CA2341623A1; DE19839671A1; US6429498B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sensor zur Messung eines Magnetfeldes, der aus mehreren elektrisch halbleitenden Schichten aufgebaut ist.

Sensoren zur Messung eines Magnetfeldes werden heute auf vielen Gebieten einge setzt. Sie werden beispielsweise in der Automatisierungs-, Regelungs- und Meß technik benutzt, um berührungsfrei Abstände zu messen, Drehzahlen zu bestimmen oder Positionierungen zu überprüfen. In der Informationstechnik lesen miniaturisier te Magnetfeldsensoren digitale Daten, die beispielsweise auf Festplatten magnetisch gespeichert sind. In der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung werden empfindliche Magnetfeldsensoren eingesetzt, um Materialfehler aufzuspüren. In der medizini schen Diagnostik werden höchstempfindliche Sensoren eingesetzt, um den Bioma gnetismus quantitativ zu erfassen.

Entsprechend der Anwendungsvielfalt müssen die Sensoren recht unterschiedliche Anforderungen erfüllen. Dies läßt sich mit Sensoren verwirklichen, die aus unter schiedlichen Materialien (wie Metallen, Halbleitern oder Supraleitern) bestehen, und die auf unterschiedlichen physikalischen Prinzipien beruhen.

Die einzelnen Sensoren lassen sich dabei grob in folgende Typen einteilen:

- Feldplatten, Hallsonden, Magneto-Dioden und Magneto-Transistoren aus Halblei tern;
- magnetoresistive homogene oder granulare Schichten und Schichtsysteme aus Metallen und Isolatoren;
- SQUIDS aus Supraleitern

Die am häufigsten verwendeten Sensortypen sind:

1. [1] Feldplatten aus InSb mit NiSb-Nadeln,
2. [2] Hallsonden aus Silizium oder III/V-Halbleitern,
3. [3] magnetoresistive AMR-Sensoren, die aus einer homogenen dünnen magneti schen Metallschicht aus beispielsweise NiFe bestehen,
4. [4] GMR-Sensoren, die aus mindestens zwei magnetischen Metallschichten und einer nichtmagnetischen Metallschicht bestehen, und
5. [5] SQUIDS aus den Supraleitern Nb oder YBCO, deren Arbeitstemperatur bei 4 K beziehungsweise 80 K liegt.

Die Empfindlichkeit der Sensoren gegenüber einem Magnetfeld oder einer Ände rung des Magnetfeldes nimmt in obiger Aufstellung von oben nach unten ständig zu.

Zu der Wirkungsweise der einzelnen Sensortypen sei kurz folgendes gesagt:

Ursache für die Widerstandsänderung in den Feldplatten [1] und für die Hall- Spannung [2] ist die Lorentzkraft, die an elektrischen Ladungen entsteht, wenn diese sich im Magnetfeld bewegen.

In den AMR-Sensoren [3] beruht die Widerstandsänderung auf einer magnetischen Streuung der Leitungselektronen, die sich mit der Richtung der Magnetisierung re lativ zur Stromrichtung ändert.

Bei den GMR [4] beruht die Wirkung wieder auf einer anisotropen Streuung an den Grenzflächen, die vom Winkel abhängt, den beide Magnetisierungen miteinander bilden.

Bei den SQUIDs [5] wird das magnetische Verhalten von dem Prinzip bestimmt, daß der magnetische Fluß in einem supraleitenden Ring ein ganzzahliges Vielfaches des elementaren Flußquants sein muß.

Aus DE-OS 17 64 897 ist eine Halbleiteranordnung zur Anzeige magnetischer Fel der bekannt, die mit Hilfe von Magneto-Dioden die Lorentz-Kraft zur Messung ei nes Magnetfeldes ausnutzen. Diese bekannten Dioden sind jedoch immer in Durch laßrichtung geschaltet und nutzen im allgemeinen Rekombinationseffekte.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Sensor zur Messung eines Ma gnetfeldes zu schaffen, der sehr empfindlich ist und deswegen schon zur Messung kleinster Magnetfelder oder zur Messung der Änderungen von Magnetfeldern einge setzt werden kann. Er soll außerdem bei Zimmertemperatur betreibbar sein und kei ne Hystereseerscheinungen aufweisen.

Gelöst wird diese Aufgabe mit dem erfindungsgemäßen Sensor nach Anspruch 1, der aus mehreren elektrisch halbleitenden Schichten besteht, die in Form einer in Sperrichtung geschalteten Diode oder pin-Diode angeordnet sind. Diese Schicht anordnung umfaßt eine Anodenschicht, eine Kathodenschicht und eine dazwischen eingeschlossene eigenleitende Schicht. Die Anodenschicht ist durch Isolationsab schnitte, beispielsweise in Form von Isolationsstreifen, in mehrere voneinander iso lierte Anodenschichtbereiche unterteilt. Die Kathodenschicht weist auf den den Isolationsabschnitten gegenüberliegenden Bereichen einen zur Kathodenschicht ent gegengesetzt dotierten Injektorbereich auf. Die Anodenschicht und die Kathoden schicht sind mit einer Sperrspannung verbunden, so daß die Schichtenanordnung in Sperrichtung vorgespannt ist. An den Injektorbereich in der Kathodenschicht wird eine Injektionsspannung angelegt. Dadurch wird zwischen dem Injektorbereich und der Anode ein Elektronenstrahl ausgebildet, indem sich injizierte Elektronen vom Injektorbereich an der Kathode zur gegenüberliegenden Anode bewegen. Es findet dabei eine Verbreiterung des Elektronenstrahls aufgrund von thermischer Diffusion statt. Dieser verbreiterte Elektronenstrahl trifft nun gleichmäßig auf die einzelnen voneinander isolierten Anodenschichtbereiche. Die Anodenschichtbereiche sind einzeln über jeweilige Strommeßvorrichtungen mit Erde verbunden. Je nach Anzahl der Anodenschichtbereiche wird also ein entsprechender Teil des gesamten Elektro nenstrahls auf jeden einzelnen Anodenschichtbereich auftreffen. Dieser Teil des Elektronenstrahls läßt sich in Form eines Stromes mit der jeweiligen Strommeßvor richtung messen.

Wird nun in der eigenleitenden Schicht ein Magnetfeld quer zur Ausbreitungsrich tung des Elektronenstrahls, der zwischen Injektorbereich und Anodenschicht ver läuft, angelegt, so wird auf die driftenden Elektronen die Lorenzkraft ausgeübt, was zu einer Ablenkung des Elektronenstrahls führt. Diese Ablenkung des Elektronen strahls bewirkt, daß auf die einzelnen voneinander isolierten Anodenschichtbereiche nun andere Teilmengen des gesamten Elektronenstrahls treffen, was zu einer ent sprechenden Änderung der Teilströme der Anodenschichtbereiche führt. Aus dieser Änderung der Teilströme läßt sich das Magnetfeld berechnen.

Der Aufbau und die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Sensors zur Messung eines Magnetfeldes werden nachfolgend an zwei Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungsfiguren näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine dreidimensionale Ansicht des erfindungsgemäßen Sensors;

Fig. 2 einen Querschnitt des erfindungsgemäßen Sensors mit angelegter Spannungs versorgung;

Fig. 3 eine Ansicht wie in Fig. 2, wobei zusätzlich der Verlauf des Elektronenstrahls und des Magnetfelds gezeigt sind; und

Fig. 4 eine alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sensors zur Mes sung eines Magnetfeldes.

Fig. 1 zeigt eine dreidimensionale Ansicht des erfindungsgemäßen Sensors zur Messung eines Magnetfeldes. Er besteht aus einem Schichtenpaket aus elektrisch halbleitenden Schichten. Die oberste Schicht ist die Kathodenschicht 2, die im hier dargestellten Beispiel aus einer p⁺ dotierten Schicht besteht. Die unterste Schicht ist die Anodenschicht 4, die im hier dargestellten Beispiel aus einer n⁺ dotierten Schicht besteht. Zwischen diesen Schichten ist eine eigenleitende Schicht 3 ange ordnet.

Die Anodenschicht 4 ist in mehrere voneinander isolierte Anodenschichtbereiche unterteilt. Im hier dargestellten Beispiel ist die Anodenschicht 4 in zwei Anoden schichtbereiche 4a und 4b unterteilt. Zwischen den Anodenschichtbereichen 4a und 4b ist zur gegenseitigen Isolation dieser Bereiche ein Isolationsabschnitt 5 angeord net, der in diesem Ausführungsbeispiel in Form eines Isolationsstreifens ausgeführt ist.

Die Kathodenschicht 2 weist im Bereich, der dem Isolationsabschnitt 5 der Anoden schicht 4 gegenüberliegt, einen sogenannten Injektorbereich 1 auf. Er weist in die sem Fall eine n⁺ Dotierung auf.

Fig. 2 zeigt nun, wie dieses Schichtenpaket des erfindungsgemäßen Sensors elek trisch verschaltet ist. Das Schichtenpaket ist hierbei im Querschnitt dargestellt. Auf der linken Seite sieht man die p⁺ dotierte Kathodenschicht 2, in die in der Mitte der n⁺ dotierte Injektorbereich 1 eingefügt ist. Auf der rechten Seite sind die beiden Anodenschichtbereiche 4a und 4b, die durch den Isolationsabschnitt 5 voneinander isoliert sind, dargestellt. Zwischen Anode und Kathode befindet sich die eigenlei tende Schicht 3. Die einzelnen Anodenschichtbereiche 4a, 4b sind über hier sche matisch angedeutete Strommeßvorrichtungen 8a und 8b jeweils mit Erde verbunden. Der durch die Strommeßvorrichtung des oberen Anodenschichtbereiches 4a fließen de Strom ist dabei mit J₁ und der durch die Strommeßvorrichtung des unteren An odenschichtbereiches 4b fließende Strom ist dabei mit J_r bezeichnet.

Mit der Kathodenschicht 2 wird nun eine Sperrspannungsquelle 7 verbunden, wo durch hier die negative Spannung -U₂ angelegt wird. Die Sperrspannung beträgt bei üblichen Materialien für die eigenleitende Schicht, wobei diese eine Restleitfähig keit von etwa 10^-4 Ω^-1 cm^-1 und eine Dicke von 500 µm aufweist, ungefähr 100 V. Mit dem Injektorbereich 1 wird nun eine Injektionsspannungsquelle 6 verbunden, wodurch an diesen Bereich die negative Spannung -U₁ angelegt wird. Diese wird so gewählt, daß sie geringfügig tiefer als das Kathodenpotential liegt.

Es wird nun anschließend die Funktion des erfindungsgemäßen Sensors anhand der Zeichnungsfigur 3 erläutert. Die Fig. 3 zeigt die gleiche Ansicht wie die Fig. 2. Zusätzlich sind der Verlauf des Elektronenstrahls und das Magnetfeld eingezeich net.

Durch das Anlegen der Sperrspannung U₂ wird zwischen Kathodenschicht 2 und Anodenschicht 4 ein elektrisches Feld der Größe

E = U₂/L (1)

ausgebildet. L bezeichnet dabei die Dicke der eigenleitenden Schicht 3.

Durch das Anlegen der Injektionsspannung U₁ bildet sich zwischen dem Injektorbe reich 1 und der aus den Anodenschichtbereichen 4a und 4b bestehenden Anoden schicht 4 ein Elektronenstrahl 9 aus, indem vom Injektorbereich 1 injizierte Elektro nen zur Anodenschicht 4 driften. Die Driftgeschwindigkeit v_D der Elektronen ist gegeben durch die Beweglichkeit µ_e der Elektronen und durch das vorherrschende elektrische Feld E_x:

v_D = µ_e E_x (2)

Damit beträgt die Driftzeit t_D über die Strecke L zwischen Kathode und Anode:

t_D = L/v_D (3)

Während dieser Zeit verbreitert sich der driftende Elektronenstrahl 9 aufgrund von thermischer Diffusion. Dies ist in der Zeichnungsfigur 3 durch eine Aufweitung des Elektronenstrahls 9 auf seinem Weg von der linken Kathodenschicht 2 zur rechten Anodenschicht 4 dargestellt. An der Anodenschicht 4 führt das zu einer glocken förmigen Ladungsverteilung, wie das durch die durchgezogene Kurve 11 angedeutet ist. Die Ladungsverteilung an der Anodenschicht weist dabei eine Varianz <y²<^1/2 auf, die sich folgendermaßen berechnet:

<y²<^1/2 = (D t_D)^1/2 (4)

Unter Verwendung der Einstein-Beziehung

µ_e = (q/kT) D (5)

und mit den vorangehenden Gleichungen (1) bis (3) erhält man

<y²<^1/2 = (kT/qU₂)^1/2 L (6)

wobei in diesen Gleichungen mit k die Boltzmann-Konstante, mit T die Temperatur und mit q die Elementarladung des Elektrons bezeichnet ist.

Bei einer Raumtemperatur von 300 K, mit der Sperrspannung von U₂ = 100 V und mit einer Dicke L der eigenleitenden Schicht von L = 300 µm erhält man eine Auf weitung des Elektronenstrahls mit der Varianz <y²<^1/2 = 4,8 µm und bei einer Dic ke L von 500 µm eine Aufweitung mit der Varianz <y²<^1/2 = 8 µm.

Diese Größen der Strahlaufweitung legen die Breite des Injektorbereiches 1 und die Breite des Isolationsabschnittes 5 fest. Diese dürfen nämlich höchstens die Ausdeh nung <y²<^1/2 aufweisen. Dies ist aber bei den oben angegebenen beispielhaften Zahlengrößen leicht zu verwirklichen.

Da der Injektorbereich 1 der Kathodenschicht 2 genau gegenüber dem Isolationsab schnitt 5 der Anodenschicht 4 angeordnet ist, und die Anodenschicht 4 in zwei gleich große Anodenschichthälften 4a und 4b unterteilt ist, führt diese symmetrische Anordnung zu zwei gleich großen Strömen J₁ und J_r in den Anodenschichthälften 4a beziehungsweise 4b. Diese Ströme werden mit den Strommeßvorrichtungen 8a be ziehungsweise 8b gemessen.

Wird nun ein Magnetfeld 10 der Größe B rechtwinklig zur Ausbreitungsrichtung des Elektronenstrahls 9 in der eigenleitenden Schicht 3 angelegt, so wird der Elektro nenstrahl abgelenkt. Auf die im Elektronenstrahl driftenden Elektronen wird die Lorentzkraft ausgeübt, die wie ein elektrisches Querfeld E_y wirkt:

E_y = (µ_e B)Ex (7)

Für die an der Anodenschicht 4 eintreffenden Elektronen führt das zu einer Ablen kung y_B:

y_B = (µ_e B)L (8)

Es ergibt sich eine im hier dargestellten Beispiel nach oben verschobene Kurve der Ladungsverteilung an der Anodenschicht 4, wie dies durch die gestrichelte La dungsverteilungskurve 12 in Fig. 3 angedeutet ist. Damit vergrößert sich der Strom J₁ des Anodenschichtbereiches 4a und es verkleinert sich der Strom J_r des Anoden schichtbereiches 4b. Die Symmetrie der Ströme wird also gestört.

Wenn die Ablenkung y_B des Elektronenstrahls 9 an der Anodenschicht 4 vergleich bar mit der Varianz <y²<^1/2 der Elektronenstrahlverteilung wird, so wird die Asymmetrie, gegeben durch den Stromquotienten Q_J(B):

Q_J(B) (J_r - J₁)/(J_r + J₁) (9)

deutlich und Q_J(B) nimmt fast den Wert 1 an.

Dazu gehört das Magnetfeld B₁:

B₁ = (1/µ_e) (kT/qU₂)^1/2 (10)

Diese Gleichung enthält nicht mehr die Driftstrecke der Elektronen, also die Dicke L der eigenleitenden Schicht 3. Der Stromquotient Q_J(B) hat den Wert 0, wenn kein Magnetfeld vorliegt, und er ändert sich monoton auf den Wert -1 oder +1, wenn sich das Magnetfeld auf den Wert B₁ nach Gleichung (10) ändert.

Die Feldempfindlichkeit des Sensors wird beschrieben durch die Steigung:

δQ_J(B)/δB = 1/B₁ = µ_e(qU₂/kT)^1/2 (11)

Mit den oben schon angegebenen Zahlenwerten und der Beweglichkeit µ_e = 1000 cm² V^-1 s^-1 von Elektronen im Silizium erhält man einen Feldempfindlichkeitswert von 6,2 T^-1. Die entsprechende Größe beträgt beispielsweise bei Hallsonden 0,1 T^-1.

Man erzielt also mit der erfindungsgemäßen Sonde im Vergleich zu einer Hall sonde eine Empfindlichkeitssteigerung um den Faktor (qU₂/kT)^1/2 = 62.

In den vorhergegangen Zeichnungsfiguren gezeigten Sensor wurde die Anoden schicht 4 in zwei gleich große Anodenschichtbereiche 4a und 4b, die durch einen streifenförmigen Isolationsabschnitt 5 getrennt sind, unterteilt. Der dem Isolations abschnitt 5 gegenüberliegende Injektorbereich 1 der Kathodenschicht 2 weist daher ebenfalls eine Form in der Art eines Längsstreifens auf. Ein so gestalteter Sensor kann daher nur die Feldkomponente eines Magnetfeldes messen, die in Längsrich tung des Injektorbereiches verläuft (in der Zeichnungsfigur 3 ist das eine Feldkom ponente des Magnetfeldes, die in die Zeichnungsebene hinein oder aus ihr heraus verläuft).

Fig. 4 zeigt nun eine alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sensors zur Messung eines Magnetfeldes. Hierbei ist die Anodenschicht in vier gleich große Anodenschichtbereiche 4a, b, c, d unterteilt. Der entsprechende Isolationsabschnitt 5 besteht dazu aus zwei sich rechtwinklig kreuzenden Streifen 5a und 5b. Der Injek torbereich 1 in der Kathodenschicht 2 ist nun in Form einer quadratischen Fläche, die direkt gegenüber dem Kreuzungspunkt der Isolationsabschnitte 5a und 5b ange ordnet ist, ausgebildet.

Damit ist es möglich, beide Komponenten eines Magnetfeldes senkrecht zur Aus breitungsrichtung des Elektronenstrahls 9 zu bestimmen. Es werden dazu die Ströme J₁, J₂, J₃ und J₄ der Anodenschichtbereiche 4a, 4b, 4c beziehungsweise 4d gemes sen. Zur Bestimmung der einen Magnetfeldkomponente wird die Differenz J_r - J₁ und zur Bestimmung der anderen Komponente wird die Differenz J_o - J_u gebildet. Dabei ist wenn die entsprechenden Bezeichnungen der Ströme aus der Zeich nungsfigur 4 gewählt werden:

J_r = J₁ + J₄ (11)

J₁ = J₂ + J₃ (12)

J_o = J₁ + J₂ (13)

J_u = J₃ + J₄ (14)

Wenn kein Magnetfeld vorhanden ist, so sind bei der dargestellten symmetrischen Anordnung alle vier Summenströme der Gleichungen (11) bis (14) gleich groß, und somit sind auch die Differenzströme J_r - J₁ und J_o - J_u gleich Null.

BEZUGSZEICHENLISTE

1

Injektorbereich

2

Kathodenschicht

3

eigenleitende Schicht

4

Anodenschicht

4

a, b, c, d Anodenschichtbereiche

5

Isolationsabschnitt

5

a, b sich kreuzende Isolationsabschnitte der alternativen Ausführungsform

6

Injektionsspannungsquelle

7

Sperrspannungsquelle

8

a, b, c, d Strommeßvorrichtung

9

Elektronenstrahl

10

Magnetfeld

11

Ladungsverteilungskurve ohne Magnetfeld

12

durch Magnetfeld verschobene Ladungsverteilungskurve
L Dicke der eigenleitenden Schicht = Strecke zwischen Kathode und Anode
U₁

Injektionsspannung
U₂

Sperrspannung
v_D

Driftgeschwindigkeit der Elektronen
t_D

Driftzeit der Elektronen
µ_e

Beweglichkeit der Elektronen
E_X

Elektrisches Feld in x-Richtung (zwischen Kathode und Anode)
E_y

elektrisches Querfeld
<y²

<^1/2

Varianz der Ladungsverteilung
y_B

Größe der Ablenkung der Elektronen durch elektrisches Querfeld
erste Ausführungsform:
J₁

Strom im Anodenschichtbereich

4

a
J_r

Strom im Anodenschichtbereich

4

b
Q_J

Stromquotient
B₁

Magnetfeld
zweite Ausführungsform:
J₁

Strom im Anodenschichtbereich

4

a
J₂

Strom im Anodenschichtbereich

4

b
J₃

Strom im Anodenschichtbereich

4

c
J₄

Strom im Anodenschichtbereich

4

d
J_r

Strom in den beiden rechten Anodenschichtbereichen
J₁

Strom in den beiden linken Anodenschichtbereichen
J_o

Strom in den beiden oberen Anodenschichtbereichen
J_u

Strom in den beiden unteren Anodenschichtbereichen

Claims

1. Sensor zur Messung eines Magnetfeldes, der aus mehreren elektrisch halbleiten den Schichten aufgebaut ist, dadurch gekennzeichnet, daß er ein Paket aus direkt aufeinanderfolgenden planaren halbleitenden Schichten, die eine in Sperrichtung geschaltete Diode bilden, bestehend aus

- einer Kathodenschicht (2),
- einer Anodenschicht (4), und
- einer dazwischen eingeschlossenen eigenleitenden Schicht (3), umfaßt, wobei
- die Anodenschicht (4) in mehrere durch Isolationsabschnitte (5) voneinander iso lierte Anodenschichtbereiche (4a, b, c, d) aufgeteilt ist;
- die Kathodenschicht (2) im Bereich, der den Isolationsabschnitten (5) auf der An odenschicht (4) gegenüberliegt, einen zur Kathodenschicht entgegengesetzt dotier ten Injektorbereich (1) aufweist;
- der Injektorbereich (1) in der Kathodenschicht (2) mit einer Injektionsspannungs quelle (6) verbunden ist;
- die Kathodenschicht (2) mit einer Sperrspannungsquelle (7) verbunden ist; und
- die Anodenschichtbereiche (4a, b, c, d) jeweils über Strommeßvorrichtungen (8a, b, c, d) mit Erde verbunden sind.

2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Kathodenschicht (2) aus einer p⁺ dotierten Schicht besteht,
- die Anodenschicht (4) aus einer n⁺ dotierten Schicht besteht; und
- der Injektorbereich (1) aus einer n⁺ dotierten Schicht besteht.

3. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Kathodenschicht (2) aus einer n⁺ dotierten Schicht besteht,
- die Anodenschicht (4) aus einer p⁺ dotierten Schicht besteht; und
- der Injektorbereich (1) aus einer p⁺ dotierten Schicht besteht.

4. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anodenschicht (4) durch einen streifenförmig verlaufenden Isolationsab schnitt (5) in zwei parallel verlaufende Anodenschichtbereiche (4a, b) aufgeteilt ist.

5. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Anodenschicht (4) durch zwei streifenförmig verlaufende, sich rechtwinklig kreuzende Isolationsabschnitte (5) in vier Anodenschichtbereiche (4a, b, c, d) aufge teilt ist.

6. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einem hochwertigen Halbleitermaterial mit niedriger Dotierung und ho her Beweglichkeit der Löcher und Elektronen hergestellt ist.

7. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß er aus Silizium hergestellt ist.

8. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einem halbleitenden Material hergestellt ist, das Elemente aus der III. Hauptgruppe und Elemente aus der V. Hauptgruppe des Periodensystems der Ele mente aufweist.