RU195270U1 - Магнитоэлектрический диод - Google Patents
Магнитоэлектрический диод Download PDFInfo
- Publication number
- RU195270U1 RU195270U1 RU2019138131U RU2019138131U RU195270U1 RU 195270 U1 RU195270 U1 RU 195270U1 RU 2019138131 U RU2019138131 U RU 2019138131U RU 2019138131 U RU2019138131 U RU 2019138131U RU 195270 U1 RU195270 U1 RU 195270U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- diode
- magnetoelectric
- devices
- magnetic field
- resistance
- Prior art date
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 23
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 12
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 4
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 abstract description 22
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 6
- 238000011161 development Methods 0.000 abstract description 2
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 8
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 7
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 5
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 4
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 3
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 3
- 230000005690 magnetoelectric effect Effects 0.000 description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 244000309464 bull Species 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 2
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 2
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000005350 ferromagnetic resonance Effects 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
Landscapes
- Hall/Mr Elements (AREA)
Abstract
Предложенное решение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано при разработке таких устройств, как высокочувствительные датчики магнитного поля, электрического тока, электромагнитного поля, преобразователи, источники возобновляемой энергии и другие устройства. Магнитоэлектрический (МЭ) диод представляет собой горизонтальный p-i-n - диод, выполненный из пьезополупроводникового материала, в качестве высокоомной области которого используются композиционные магиитострикционно-пьезополупроводниковые структуры. Предложенный магнитоэлектрический диод обладает высокой чувствительностью к магнитному полю и может быть использован в построении на их основе устройств автомобильной электроники, автоматики, систем безопасности, биомедицинского оборудования, навигации, зондировании Земли и др.
Description
Полезная модель относится к области радиоэлектроники и может быть использована при разработке таких устройств, как высокочувствительные датчики магнитного поля, электрического тока, электромагнитного поля, преобразователи, источники возобновляемой энергии и др.
Основное применение магииточувствительных приборов заключается в построении на их основе устройств автомобильной электроники, автоматики, систем безопасности, биомедицинского оборудования, навигации, зондировании Земли и др.
Известен магнитоэлектрический (МЭ) эффект в двухфазных композитных материалах, состоящих из магнитострикционной и пьезоэлектрической компонентов, и заключающийся в намагничивании материала при воздействии на него внешнего электрического поля и появлении электрической поляризации при воздействии внешнего магнитного поля (см. Бичурин М.И., Петров В.М., Филиппов Д.А., Srinivasan G., Nan C.W. Магнитоэлектрические материалы - М.: Академия Естествознания, 2006. - 296 с). Возможность взаимного преобразования магнитных и электрических полей делает такие материалы перспективными для построения различных устройств функциональной электроники на их основе. Параметры таких устройств зависят от величины МЭ эффекта в композиционном материале.
Известен гигантский МЭ эффект в области электромеханического резонанса (ЭМР) в двухфазных композитных материалах, состоящих из арсенида галлия и никеля, кобальта (см. Лалетин В.М., Стогний А.И., Новицкий Н.И., Поддубная Н.Н. Магнитоэлектрический эффект в структурах на основе металлизированных подложек арсенида галлия // Письма в ЖТФ. - 2014. - Т. 40. - Вып.21. - С.71-77.) и метгласа (см. M.I. Bichurin, V.M. Petrov, V.S. Leontiev, S.N. Ivanov, O.V. Sokolov Magnetoelectric effect in layered structures of amorphous ferromagnetic alloy and gallium arsenide. JMMM 424, p. 115-117(2017)).
Известны магнитодиоды, представляющие собой полупроводниковые приборы с р-n переходом и омическим невыпрямляющим контактом, между которыми находится высокоомная область полупроводника, (см. Стафеев В.И., Каракушан Э.И. Магнитодиоды. - М.: Наука, 1975. - 216 с). При помещении таких приборов во внешнее магнитное поле в них возникает магнитодиодный эффект, проявляющийся в сильном изменении сопротивления баш диода и прямого тока вследствие резкого изменения концентрации неравновесных носителей под воздействием внешнего магнитного поля.
Известен вертикальный магнитодиод, выполненный на полупроводниках с S-образной характеристикой (см. Магнитодиод: а.с. 1161831 СССР: МКИ G01R 33/00 / М. Мирзабаев, К.Д. Потаенко, Ш.А. Хайруллаев и Г.М. Шишков (СССР). - №3497847/24-21; заявл. 06.10.82; опубл. 15.06.85, Бюл. №22. - 3 с). В таких магнитодиодах положительная обратная связь, ответственная за возникновение S-образной вольт-амперной характеристики, ослабевает за счет магнитодиодного эффекта.
Известен горизонтальный магнитодиод, выполненный на высокоомной полупроводниковой подложке в виде меза-структур с помощью диффузии, представляющий собой одновременно несколько магнитодиодов с различной длиной базы, (см патент Способ изготовления магнитодиода: пат. 2304322 Рос.Федерация: МПК Н01L 21/18 (2006/1) / Баринов И.Н., Козин С.А., Блинов А.В.; заявитель и патентообладатель ФГУП «НИИ физических измерений». - №2005133015/28; заявл. 26.10.2005; опубл. 10.08.2007, Бюл. №22. - 5 с). Предложенные решения позволяют проводить технологическую подгонку магнитодиодов по чувствительности, расширить динамический диапазон магниточувствительности, снизить себестоимость и повысить процент выхода годных приборов.
Недостатками известных конструкций магнитодиодов являются низкая магниточувствительность, необходимость больших магнитных полей и малый динамический диапазон.
Наиболее близким по техническому решению является магнитодиод, который представляет собой полупроводниковый прибор с р-n переходом и омическом контактом, между которыми находится высокоомного область полупроводника (p-i-n-структура). Магнитодиоды изготавливаются из высокоомного полупроводникового материала с проводимостью, близкой к собственной, и шириной базы в несколько раз большей диффузионной длины пробега носителей. В длинных диодах при прохождении электрического тока определяющими становятся процессы, зависящие от рекомбинации и движения неравновесных носителей заряда в базе и на поверхности. В прямом направлении при высоких уровнях инжекции проводимость магнитодиода определяется инжектированными в базу неравновесными носителями. Падение напряжения происходит не на р-n переходе, а на высокоомной базе. Если магнитодиод, через который протекает ток, поместить в поперечное магнитное поле, то произойдет увеличение сопротивления баш за счет повышения роли поверхностной рекомбинации отклоняющихся к поверхности полупроводника носителей заряда. Пропорционально величине внешнего магнитного поля изменяется вольт-амперная характеристика магнитодиода. (см. Егиазарян Г.А., Стафеев В.И. Магнитодиоды, магнитотранзисторы и их применение. - М.: Радио и связь, 1987, с. 12-13) - прототип.
Недостатками прототипа являются низкая магниточувствительность, необходимость больших магнитных полей и малый динамический диапазон.
Задачей предложенного решения является повышение чувствительности к магнитному полю.
Поставленная задача достигается тем, что в магнитоэлектрическом диоде, состоящем из горизонтально расположенных областей p, i и n - типа, сформированных в высокоомной полупроводниковой подложке, в качестве высокоомной i-области используются композиционные магнитострикционно-пьезополупроводниковые структуры.
Для решения данной задачи предложен магнитоэлектрический (МЭ) диод. Для реализации МЭ диода предлагается вместо высокоомной области горизонтального p-i-n - диода использовать композиционные магнитострикционно-пьезополупроводниковые структуры на основе магнитострикционных материалов (никеля метгласа, пермеидюра и др.) и высокоомных пьезополупроводников (GaAs, GaN, AlN, SiC и др.) для управления сопротивлением базы. Благодаря наличию в таком приборе МЭ эффекта возможно резонансное увеличение магнитной чувствительности к магнитному полю в области электромеханического резонанса с использованием различных типов колебаний (продольной, поперечной, толщинной, сдвиговой, крутильной мод). При совпадении частот электромеханического и ферромагнитного резонансов в композиционной магиитострикционно-пьезоиолупроводниковой структуре возможно дополнительное увеличение чувствительности. Предлагаемое решение позволяет получить следующий технический результат - повышение чувствительности к магнитному полю.
Для пояснения предполагаемого решения предложен чертеж.
Фиг. 1 - Конструкция МЭ диода.
Устройство состоит из композиционной магнитострикционно-пьезополупроводниковой структуры 1, области p-типа 2, области n-типа 3, омических контактов 4 и 5.
Устройство работает следующим образом.
Предлагаемая конструкция размещается во внешнем постоянном магнитном поле Н, ориентированном, как показано на фиг. 1, намагничивая магнитную компоненту композиционной магнитострикционно-пьезополупроводниковой структуры 1 до насыщения. Внешнее переменное модулирующее магнитное поле h(t) приводит к периодической механической деформации магнитной компоненты композиционной магнитострикционно-пьезополупроводниковой структуры 1 с частотой модуляции за счет магнитострикции. Благодаря механической связи между компонентами композиционной магнитострикционно-пьезополупроводниковой структуры 1, возникающие в магнитострикционной компоненте механические деформации передаются пьезопол у проводниковой компоненте. Модулированные механические деформации в пьезополупроводниковой компоненте приводят к возникновению ЭДС в результате пьезоэлектрического эффекта и к модуляции сопротивления базы и прямого тока МЭ диода за счет увеличения пути прохождения носителей заряда между областями p-типа 2 и n-типа 3. Модуляция базы диода приводит к изменению вольт-амперной характеристики диода, измеряемой с помощью омических контактов 4 и 5. При совпадении частоты модулирующего магнитного поля и собственной резонансной частотой композиционной магнитострикционно-пьезополупроводниковой структуры 1, например, с частотой продольных колебаний, определяющихся длиной базы МЭ диода, будет наблюдаться увеличение чувствительности МЭ диода к магнитному полю благодаря резонансному МЭ эффекту, (см. M.I. Bichurin, V.M. Petrov, V.S. Leontiev, S.N. Ivanov, O.V. Sokolov Magnetoelectric effect in layered structures of amorphous ferromagnetic alloy and gallium arsenide. JMMM 424, p.115-117 (2017)).
Таким образом, предлагаемая конструкция позволяет повысить чувствительность магнитоэлектрических датчиков магнитного поля, электрического тока, преобразователей, источников возобновляемой энергии, устройств медицинской техники и других устройств.
Claims (1)
- Магнитоэлектрический диод, состоящий из горизонтально расположенных областей р, i и n - типа, сформированных в высокоомной полупроводниковой подложке, отличающийся тем, что в качестве высокоомной i-области используются композиционные магнитострикционно-пьезополупроводниковые структуры.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019138131U RU195270U1 (ru) | 2019-11-25 | 2019-11-25 | Магнитоэлектрический диод |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019138131U RU195270U1 (ru) | 2019-11-25 | 2019-11-25 | Магнитоэлектрический диод |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU195270U1 true RU195270U1 (ru) | 2020-01-21 |
Family
ID=69184421
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019138131U RU195270U1 (ru) | 2019-11-25 | 2019-11-25 | Магнитоэлектрический диод |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU195270U1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU201076U1 (ru) * | 2020-06-09 | 2020-11-26 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого" | Арсенид-галлиевый магнитоэлектрический резистор |
| RU2744931C1 (ru) * | 2020-06-09 | 2021-03-17 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого" | Магнитоэлектрический диод с внутренним магнитным полем |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU764065A1 (ru) * | 1978-12-26 | 1980-09-15 | Уфимский авиационный институт им. Орджоникидзе | Тиристорный преобразователь частоты |
| US20040152599A1 (en) * | 2002-11-21 | 2004-08-05 | Allan Rosencwaig | High-temperature superconductivity devices and methods |
| RU2280917C1 (ru) * | 2005-06-09 | 2006-07-27 | ОАО "Тантал" | Многофункциональное интегральное магнитополупроводниковое устройство |
| RU2439751C1 (ru) * | 2010-07-28 | 2012-01-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого | Усилитель свч магнитоэлектрический |
| WO2014051439A1 (en) * | 2012-09-26 | 2014-04-03 | Auckland Uniservices Limited | Geometric switch and circuits including the same |
| US9305917B1 (en) * | 2015-03-31 | 2016-04-05 | Infineon Technologies Austria Ag | High electron mobility transistor with RC network integrated into gate structure |
| RU2612847C2 (ru) * | 2011-03-30 | 2017-03-13 | ЭМБАЧЕР Инк. | Электрические, механические, вычислительные и/или другие устройства, сформированные из материалов с чрезвычайно низким сопротивлением |
-
2019
- 2019-11-25 RU RU2019138131U patent/RU195270U1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU764065A1 (ru) * | 1978-12-26 | 1980-09-15 | Уфимский авиационный институт им. Орджоникидзе | Тиристорный преобразователь частоты |
| US20040152599A1 (en) * | 2002-11-21 | 2004-08-05 | Allan Rosencwaig | High-temperature superconductivity devices and methods |
| RU2280917C1 (ru) * | 2005-06-09 | 2006-07-27 | ОАО "Тантал" | Многофункциональное интегральное магнитополупроводниковое устройство |
| RU2439751C1 (ru) * | 2010-07-28 | 2012-01-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого | Усилитель свч магнитоэлектрический |
| RU2612847C2 (ru) * | 2011-03-30 | 2017-03-13 | ЭМБАЧЕР Инк. | Электрические, механические, вычислительные и/или другие устройства, сформированные из материалов с чрезвычайно низким сопротивлением |
| WO2014051439A1 (en) * | 2012-09-26 | 2014-04-03 | Auckland Uniservices Limited | Geometric switch and circuits including the same |
| US9305917B1 (en) * | 2015-03-31 | 2016-04-05 | Infineon Technologies Austria Ag | High electron mobility transistor with RC network integrated into gate structure |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU201076U1 (ru) * | 2020-06-09 | 2020-11-26 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого" | Арсенид-галлиевый магнитоэлектрический резистор |
| RU2744931C1 (ru) * | 2020-06-09 | 2021-03-17 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого" | Магнитоэлектрический диод с внутренним магнитным полем |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU195270U1 (ru) | Магнитоэлектрический диод | |
| Simon et al. | Polarization-induced Zener tunnel junctions in wide-band-gap heterostructures | |
| Yahia et al. | p-ZnTe/n-CdMnTe/n-GaAs diluted magnetic diode for photovoltaic applications | |
| Li et al. | P-NiO/n-GaN heterostructure diode for temperature sensor application | |
| Jahangir et al. | Spin diffusion in bulk GaN measured with MnAs spin injector | |
| RU195271U1 (ru) | Арсенид-галлиевый магнитоэлектрический диод | |
| Abderrahmane et al. | Robust Hall effect magnetic field sensors for operation at high temperatures and in harsh radiation environments | |
| CN203800069U (zh) | 一种自旋光电子器件 | |
| Safarov et al. | Recombination Time Mismatch and Spin Dependent Photocurrent at a Ferromagnetic-Metal–Semiconductor Tunnel Junction | |
| RU2744931C1 (ru) | Магнитоэлектрический диод с внутренним магнитным полем | |
| RU209743U1 (ru) | Магнитоэлектрический полевой транзистор | |
| RU201692U1 (ru) | Магнитоэлектрический резистор | |
| RU210255U1 (ru) | Магнитоэлектрический биполярный транзистор | |
| RU209746U1 (ru) | Магнитоэлектрический тиристор | |
| RU201076U1 (ru) | Арсенид-галлиевый магнитоэлектрический резистор | |
| Yoh et al. | Spin polarization in photo-and electroluminescence of InAs and metal/InAs hybrid structures | |
| Khanin et al. | Quantum Oscillations of Photoconductivity Relaxation in p–i–n GaAs/InAs/AlAs Heterodiodes | |
| Sun et al. | Spin injection, relaxation, and manipulation in GaN-based semiconductors | |
| Van Zyl et al. | The gunn-diode: Fundamentals and fabrication | |
| Malysheva et al. | Tunneling and injection in ferromagnetic structures InGaAs/GaAs/(Ga, Mn) As and InGaAs/n+-GaAs/(Ga, Mn) As | |
| CN207779414U (zh) | 一种半导体磁传感器 | |
| Cheredov et al. | Magnetically sensitive converter of the magnetic field gradient based on oscillistor | |
| Haydl et al. | The effect of illumination on Gunn oscillations in epitaxial GaAs | |
| Viglin et al. | Spin-Polarized Electron Injection into an InSb Semiconductor | |
| SU213194A1 (ru) | Полупроводниковый прибор |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20201126 |